"ucacue" investigaciÓn e ingenierÍa

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PRESENTACIÓN

Ing. Diego Cordero Guzmán

La Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica de la Universidad Católica de Cuenca, como parte de su proceso de formación de las carreras de Ingeniería de Sistemas e Ingeniería Eléctrica, en respuesta a los requerimientos de: vinculación con

la colectividad, desarrollo de la tecnología, generación de conocimiento, cumplimiento de la normatividad de la Ley de Educación Superior, y sobre todo al compromiso para construcción de una sociedad más justa y equilibrada.

Como una obligación en mayo de 2011, en un acto académico formal, efectuó el lanzamiento de las jornadas de Investigación para el período 2011-2012, las mismas que han llegado a su fase de término en julio de 2012.

Con aciertos y desaciertos y como resultante del esfuerzo conjunto, de docentes y estudiantes de las ramas de la Ingeniería Eléctrica y de Sistemas, han llegado a su conclusión 21 proyectos de investigación; todos ellos basados en una estructura reglamental que fue propuesta para el efecto, en estándares y normatividad exigida para el proceso investigativo, con sistemas de convocatorias, socialización, capacitación e inducción. Los temas están encausados dentro de las líneas y sublíneas de investigación aprobadas, que son concordantes con las institucionales y con las del Plan de Desarrollo Nacional.

El resultado: la experiencia acuñada, investigaciones de orden formativo, 23 artículos técnicos, que han permitido la consolidación de la revista científica de la Unidad denominada: “UCACUE INVESTIGACIÓN & INGENIERÍA”. Con el apoyo indeclinable de la máxima autoridad el señor Rector Fundador, Dr. César Cordero Moscoso, se ha cristalizado la edición de la misma, vaya para él, el más fraterno agradecimiento, por su gestión en favor del proceso investigativo.

Con la nueva Ley de Educación Superior, todas las Universidades sin excepción deben profundizar en el área investigativa, pues en un modelo de Evaluación Institucional en el que la investigación califica con 16 sobre 100; y en un modelo Evaluación de Carrera en donde la investigación formativa puntúa con 6.3 sobre 100, todos estamos obligados a fortalecer estos indicadores.

¡Está claro que la investigación es un proceso!, no se lo alcanza en el corto plazo, es la resultante de la experiencia, de la referencia a mejores prácticas, de compromiso, de inversión presupuestaria, y sobre todo de la necesidad de generar conocimiento, que se revierta en aplicaciones prácticas en beneficio de la institución, la sociedad, la comunidad, y el país.

El objetivo fundamental de la revista es que sea un referente de lo que la Unidad Académica y la Universidad en su conjunto están haciendo dentro del proceso investigativo.

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EDITORIALIng. Michael Cabrera Mejía. MgT

La investigación en la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica tiene muchos años de historia en un proceso evolutivo e innovador que convergía cada año con la ponencia y demostración de los resultados a la sociedad cuencana por parte de profesores y alumnos en un evento

denominado “Casa Abierta”. No obstante con la ayuda de nuestro Señor Rector Fundador, Dr. César Cordero Moscoso, la Lcda. Ana Luis Guijarro Cordero, Coordinadora del Departamento de Investigación, y demás dignas autoridades de la Universidad, se emprendió en un proceso más sistémico y técnico del quehacer investigativo, donde el método científico marcaría el paso desde la conceptualización de los proyectos hasta la obtención de sus resultados.

Hace algunos años, nació entonces un semillero científico en la Unidad Académica con la capacitación y formación de docentes investigadores a tiempo completo, los mismos que se encargaron de capacitar al resto del personal docente para la formulación de los proyectos bajo la metodología del Marco Lógico, el Consejo Directivo de la Unidad Académica desempeñó un rol importante apoyando esta iniciativa, discutiendo y aprobando la reglamentación que regularía la participación investigativa docente y estudiantil, se definieron entonces líneas de investigación para cada una de las carreras de ingeniería Eléctrica y Sistemas, se diseñaron formularios de seguimiento y monitoreo de los proyectos, y se oficializó el lanzamiento de la convocatoria a la presentación de proyectos bajo este nuevo esquema y arrancó entonces la investigación de los proyectos.

Innumerables dificultades tuvieron que sortear en el camino los miembros del Departamento de Investigación de la Unidad Académica, los investigadores y los estudiantes; algunos proyectos alcanzaron el grado de madurez suficiente para ser implantados, otros llegaron al nivel de investigación cualitativa, fundamental para la continuación de nuevos emprendimientos. En fin con altos y bajos, flores y espinas, pero sobre todo con el ímpetu de la constancia y amparados siempre de la mano de nuestro creador, se llegaron a obtener resultados que sin duda abren el camino para el entendimiento de una misma realidad pero desde una nueva perspectiva.

¡Y es que investigar, no es otra cosa más que indagar!, observar algo nuevo donde todos observan lo mismo en el cotidiano trajinar, fundamentar nuevos criterios con evidencia teórica y empírica apuntalados a la solución de problemas reales de la sociedad como razón de ser del aporte Universitario.

En el concierto nacional ecuatoriano, los sectores eléctrico, telecomunicaciones, comercial, industrial y productivo demandan cada vez más investigaciones para el mejoramiento y optimización de sus procesos, la gestión del talento humano, el desarrollo de software libre, la adaptación y tropicalización de nuevas tecnologías, entre otros. El propio Estado Ecuatoriano a través de la Secretaría Nacional de Educación Superior, Ciencia y Tecnología SENESCYT ha tomado un rol protagónico para el impulso de la investigación Universitaria, lo propio ha realizado el Consejo de Evaluación, Acreditación y Aseguramiento de la Calidad de Educación Superior CEAACES incluyendo este criterio como un factor en la evaluación con fines de Acreditación de las Carreras de Ingeniería. Estos impulsores han motivado a la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica para la re alineación de los perfiles de egreso y la consolidación de un proceso estructurado de investigación formativa, incluso bajo estándares internacionales de edición de artículos como es el caso del Instite of Electrical and Electronics Engineers IEEE, del cual la Unidad Académica goza de membresías tanto en docentes como estudiantes, dispone de una oficina de la Rama Estudiantil IEEE a través de la cual los estudiantes y docente acceden a una de las más grandes comunidades del mundo de investigadores en temas relacionados a los sistemas eléctricos, electrónicos, telecomunicaciones e informáticos.

La tarea investigativa en el círculo de la calidad es un proceso perfectible que no tiene fin, por lo que debe ser el compromiso de todos quienes conformamos la Unidad Académica impulsar todos los días la búsqueda de una mejor aproximación a la realidad conocida hasta el momento, por lo tanto compañeros Docentes, Administrativos y señores estudiantes ¡ a investigar ¡.

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I. INTRODUCCIÓN

En el año 2004 se incorpora la materia de Sistemas Expertos y Robótica al Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniería Eléctrica en la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica de la Universidad Católica de Cuenca, inicia entonces los primeros desarrollos y trabajos en robótica.

En el mismo año se construyen los primeros prototipos de robots móviles comandados desde el computador a través del puerto paralelo de datos y un sistema informático desarrollado en C++.

En los años siguientes los esfuerzos se centran en diseñar, construir y poner a punto robots del tipo industriales, tal es el caso que en el año 2008 se construyen dos robots SCARA, de las siglas del inglés, Selective Compliant Assembly Robot Arm, de 3 grados de libertad, cuya estructura mecánica está compuesta de aluminio y acero maquinado en varios talleres de la ciudad de Cuenca. Las tarjetas electrónicas de control fueron diseñadas y ensambladas en los laboratorios de la Unidad Académica, el software de mando fue desarrollado en visual Basic V.6 y los PICs que controlan cada servomotor fueron programados en C++.

En octubre de 2010 inicia el diseño de un robot Cartesiano y un robot Articulado cuya construcción concluye en junio de 2011. En el caso del robot Cartesiano la estructura mecánica es de acero maquinado, un puente de hierro fundido de marca MISUMI importando desde los Estados Unidos, así también carros y rieles accesorios y servomotores importados de Canadá.

Diseño, construcción y puesta en operación de prototipos de robots industriales

Michael CABRERA

Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica, Universidad Católica de CuencaCuenca, Ecuador

[email protected]

Abstract—The document describes the experiences of 8 years of research on topics of robotics in the Academic Unit of Systems Engineering, Electrical and Electronics of the Catholic University of Cuenca, with emphasis on the last 3 years where he designed, built and launched prototypes of industrial robots SCARA, Cartesian and Articulated. These robots are part of the robotics laboratory of the race of Electrical Engineering and are the pride of engineering that takes place in the Faculty. The document summarizes the morphology of the robot kinematics and dynamics, controller and selector developed, testing and adjustments until the launch.

Resumen— El documento recoge las experiencias de 8 años de investigación en temas de robótica en la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica de la Universidad Católica de Cuenca, con énfasis en los 3 últimos años donde se diseñaron, construyeron y pusieron en marcha prototipos de robots industriales del tipo SCARA, Cartesiano y Articulado. Estos robots forman parte del laboratorio de robótica de la carrera de Ingeniería Eléctrica y son el orgullo de la ingeniería que se desarrolla en la Facultad. El documento resume la morfología de los robots, la cinemática y dinámica, el controlador y selector desarrollado, las pruebas y ajustes hasta la puesta en marcha.

Palabras clave: Robot, SCARA, Articulado, Cartesiano, Control

La estructura del robot Articulado, en cambio, es de aluminio laminado y los actuadores son motores de pasos (PAP), por lo tanto el control es en lazo abierto. El elemento terminal es una ventosa que funciona a través de un sistema neumático comandado por una electroválvula.

En octubre de 2011 empieza el diseño y construcción de las tarjetas electrónicas de control de los robots referidos y las primeras pruebas de movimiento.

Durante el año 2012 se han realizado ajustes mecánicos a los robots y mejoras en las tarjetas controladoras, en particular en el diseño y los algoritmos de control.

A continuación la sistematización de los 8 años de investigación en prototipos de robots, las consideraciones de diseño, construcción, controladores, entre otros.

II. TEXTO

Para una mejor comprensión se ha estructurado el reporte de investigación en tres literales, cada uno de los cuales describe el desarrollo de un tipo de robot diferente (SCARA, Cartesiano y Articulado).

A. Robots SCARA Selectively Compliant Articulated Robot Arm

Los SCARA son robots diseñados con tres grados de libertad, donde 2 de estos grados tienen movilidad completa angular en el plano x-y, pero el tercer grado de libertad está limitado

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únicamente al desplazamiento en el eje z.

Fig.1 Arquitectura del robot SCARA

1) Morfología del robot SCARA: Mecánicamente los robots están compuestos por 3 grados de libertad, 2 de los cuales son de rotación y corresponden al movimiento de la base y codo; el tercer grado de libertad tiene movimiento lineal correspondiente al eje z.

Adicionalmente se dispone de una garra de 2 dedos como elemento terminal, fijada al eje z, cuyo actuador es un servomotor con un ángulo de giro de +/- 180°.

Para el diseño y simulación del ensamble del robot se utilizó la herramienta de CAD SolidWorks© Office 2007.

Los actuadores para la base, codo y eje z son servomotores de 24 voltios DC con encoder incremental integrados al mismo eje del motor.

El sistema de transmisión es variado, para el caso del codo y la base, el acoplamiento es directo (motor – eslabón), mientras que para el eje z el sistema de transmisión consiste en un tornillo sin fin y un collarín al que se le acopla la garra o elemento terminal.

Existen dos tipos de sensores en el robot, los de posición angular “encoder”, que indican la posición espacial de cada grado de libertad o articulación del robot; y los sensores fin de carrera, que indican el tope mecánico de cada articulación.

El sistema de control está compuesto por dos elementos fundamentales: una tarjeta electrónica por cada grado de libertad y un computador personal en donde corre el software de mando del robot (selector). Este software fue desarrollado en conjunto Profesor – Estudiantes.

Las tarjetas electrónicas están estructuradas por un módulo de comunicaciones seriales para establecer diálogo con la computadora; un PIC encargado de realizar el control del motor; módulo de potencia con puente H de 3 amperios para comandar al motor; módulo de entrada de sensor de posición “encoder”; módulo de entrada de sensor de fin carrera; módulo de alimentación DC y módulos de entradas y salidas de datos digitales y analógicos para propósito general.

Se utilizó los paquetes informáticos Solid Works versión estudiantil (CAD) para el dibujo de la estructura mecánica del robot; Visual Nastran con Simulink de Matlab para la simulación del robot; PIC C++ para programar los PICs en el ambiente de C++; Bootloader para la carga del software al PIC y Visual Basic 6 para el desarrollo del software de mando del robot desde el

computador (selector).

Fig.2 Diseño de robot SCARA

Los elementos que conforman el sistema mecánico - eléctrico del robot se clasifican en elementos mecánicos que fueron manufacturados (Tabla I), elementos mecánicos adquiridos (Tabla II) y Servomotes DC (Tabla III).

TABLA I

COMPONENTES MECÁNICOS QUE FUERON MANUFACTURADOS

Descripción DibujoNº Cantidad Material

Base superior 1 1 Al

Tapa cuerpo 2 1 Al

Brida 3 1 Acero

Antebrazo 4 1 Al

Brazo 5 1 Al

Soporte tuerca 6 1 Al

Soporte superior eje Z 7 1 Al

Base inferior 8 1 Acero

Cuerpo 9 1 Acero

Eje brazo 10 1 Acero

Eje antebrazo 11 1 Acero

Separador de motor 12 1 Al

Placa eje Z 13 1 Al

Tapa eje Z 2 14 2 Al

Pinzas 15 2 Al

Soporte dedos garra 16 1 Al

Base servo garra 17 1 Al

Base garra 18 1 Al

Manivela 19 2 Al

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Soporte conector 20 1 Al

Porta conector 21 1 Al

Todos los elementos descritos en la Tabla I fueron manufacturados en diferentes talleres de la ciudad. A modo de ejemplo la hoja de trabajo para la manufactura de la pieza del dibujo Nº 2 “Tapa cuerpo”.

Fig.3 Hoja de manufactura

Los componentes mecánicos adquiridos fueron consultados en los catálogos electrónicos on line de los fabricantes Misumi y SKF para rodamientos, para el ensamble en Solidworks se descargaron los correspondientes gráficos de los fabricantes.

TABLA IICOMPONENTES MECÁNICOS ADQUIRIDOS

Descripción DibujoNº Cant. Marca

Separador SFJW10-60-M6-N6 22 3 Misumi

Guía lineal SE2B 10-255 23 1 Misumi

Carro guía para la guía lineal SE2B 10-255 23 2 Misumi

Tornillo sin fin MSSRW1202-208-F8-V9-S8-Q8

24 1 Misumi

Tuerca del tornillo sin fin 24 1 Misumi

Coupling CPOCG20-6,35-8 25 1 Misumi

Eje SFRR5-68-B2-S2 26 2 Misumi

Buje LMU5 27 4 Misumi

SKF 61904 Ø exterior = 37mm; Ø interior = 20mm; espesor = 9mm

28 1 SKF


29 1 SKF


30 1 SKF


31 1 SKF

Tornillo cabeza Allen JISB 1176 M6x16 (16)--N 32 6 N.A.






Tornillo cabeza Allen HX-SHCS 0,19-32x0,625x0,625-N (Ø rosca 0,19”; longitud cabeza = 0,19”; longitud rosca = 0,625”), para sujetar los 2 servo motor DC GM9234S033

33 4 N.A.

Tornillo SBHCSCREW 0,19-32x0,75-HX-N (Ø rosca 0,19”; longitud rosca = 0,75”), para sujetar 1 servo motor DC GM9236S015

34 2 N.A.

Anillo de retención JIS B 2804 Shaft use 10 35a 8 N.A.

Anillo de retención B 27,7M-3AM1-5 35b 4 N.A.

Fig.4 Catálogo on line del tornillo sin fin Misumi

A modo de ejemplo se indica el tornillo sin fin (MSSRW1202-208-F8-V9-S8-Q8) de la marca Misumi, dibujo Nº 24 del proyecto. Normalmente este tipo de catálogos electrónicos son muy interactivos para los propósitos del diseñador.

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En la Tabla III se indican los motores que se utilizaron como actuadores de la base, codo, eje z y para el movimiento del elemento terminal.

TABLA IIICOMPONENTES ELÉCTRICOS ADQUIRIDOS

Descripción Dibujo Nº Cantidad Marca

Servo motor DC GM9236S015 1 1 Pittman

Servo motor DC GM9234S033 2 2 Pittman

Motor Hitec HS-311 3 1 Hitec

Los servomotores DC de marca Pittman modelo GM9234S033 se utilizaron en las articulaciones de la base y el codo.

Fig.5 Pittman DC servo Gearmotor GM9234S033

En la siguiente figura las características técnicas del motor, tomadas del data sheet del fabricante.

Fig.6 Pittman DC servo Gearmotor GM9234S033

Los parámetros más relevantes del motor a tener presente para el sistema de control son: tensión de la bobina 24 V DC, resistencia 4,62 Ω, tasa de reducción de la caja 218,4: 1 y resolución del encoder 500 CPR.

Como el motor tiene una caja de reducción interna, por cada 218,4 vueltas al interior de la caja, el eje externo del motor gira 1 vuelta. Debido a que el encoder está acoplado al eje interno de la caja, una revolución completa de la caja representa 500 pulsos, por lo tanto:

(1)

(2)

Fig.7 Curvas velocidad y corriente vs torque

A medida que aumenta la velocidad disminuye la corriente del motor y por lo tanto el torque. Se diseño y construyó la etapa de potencia del controlador para manejar una corriente de consumo de hasta 3 amperios.

En cuanto al encoder, el motor tiene 5 cables cuyo conexionado es el siguiente:

TABLA IVPIN ENCODER

Nº Color Función

1 Negro GND

2 Verde N.C / Index

3 Amarillo Canal A

4 Rojo Vcc (+5 v DC)

5 Azul Canal B

El servomotor DC de marca Pittman modelo GM9236S016 se utilizó para el movimiento del eje z, los datos más relevantes del motor son: tensión de la bobina 24 V DC, resistencia 2,49 Ω, tasa de reducción de la caja 5,9: 1 y resolución del encoder 500 CPR. Como se puede observar en la siguiente gráfica este motor es más veloz y por lo tanto de menor torque, pues se requiere velocidad para el desplazamiento longitudinal del eje z.

Fig.8 Curvas velocidad y corriente vs torque

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En este caso la relación pulsos/º se calcula de la siguiente forma:

(3)

(4)

Para el eje z se estableció una conversión empírica de 0,2 para pasar de º a mm.

Las tarjetas de control y potencia se diseñaron en los laboratorios de la Universidad y se construyeron con tecnología de montaje superficial, consiste principalmente de un PIC modelo 18F452 que tiene salida PWM, soporta programación en C++, el oscilador trabaja a 20Mhz, tiene un puerto de comunicaciones seriales para recibir los datos del selector <computador>. A continuación el esquema del circuito.

Fig.9 Esquema del módulo de control PIC 18F452

Para las comunicaciones seriales se utilizó el circuito integrado denominado Max 232, éste driver permite la interface entre el PIC que maneja niveles de tensión 0 V ó 5 V (tecnología TTL) y el puerto serial del computador que maneja -12 V y + 12 V.

Fig.10 Esquema del módulo de comunicaciones seriales Max 232

Para el funcionamiento de los circuitos electrónicos de la tarjeta se requiere una fuente de alimentación regulada de +5 V DC, por ello se diseñó y construyó en la misma tarjeta el módulo de alimentación regulada que soporta tensiones de ingreso de +7 V hasta +24 V DC y regula internamente a + 5 V DC, en este caso un LED indica la disponibilidad de la energía regulada.

Fig.11 Esquema del módulo de alimentación +5 V DC de la tarjeta con el regulador IC 7805

Las señales, tren de pulsos, provenientes del encoder del motor son acondicionadas antes de su ingreso al PIC, ésta labor se realiza a través de una celda a zener de 5,1 v DC como se observa en la siguiente figura.

Fig.12 Esquema del módulo de acondicionamiento para la entrada de señal del sensor encoder

Lo propio se realizó para el acondicionamiento de la señal de ingreso de los fines de carrera (S1 y S2), que corresponden a los micro switch sensores de fin de carrera del movimiento a la derecha y la izquierda del motor.

Fig.13 Esquema del módulo de acondicionamiento para la entrada de señal del sensor de posición fin carrera

La parte de potencia del motor se manejó a través del driver puente H modelo LMD18200, el mismo que recibe la señal

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PWM del PIC para el control del servomotor, dicho puente funciona a 24 V DC.

Fig.14 Esquema del módulo de potencia “puente H” LMD18200

A fin de que la tarjeta sea didáctica para los propósitos de la investigación y desarrollo, se diseñaron conectores para el conexionado de los cables de señal y potencia, tal que permitan realizar adaptaciones y configuraciones mucho más rápidas y seguras.

Fig.15 Conector de la tarjeta

Sobre la base de los esquemas anteriores se generó la placa de pistas o rutas a doble cara que se observa a continuación.

Fig.16 TOP de la tarjeta

Fig.17 BOT de la tarjeta

2) Cinemática del Robot SCARA: A continuación la ubicación espacial del elemento terminal desde la perspectiva geométrica para los eslabones 1 (L1) y 2 (L2).

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Fig.18 Geometría del SCARA plano x-y

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(9)

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Las ecuaciones 5 a la 14 son las que se codifican en el software del Selector, en este caso visual basic. Los parámetros de ingreso al selector por parte del usuario son las coordenadas x, y, z de la posición deseada del elemento terminal o pinza, con esta información y conocidas las longitudes de los eslabones L1 =

90,5 mm, L2 = 90,5mm y L3 = 437 mm, se calculan los ángulos y el desplazamiento z. Este procedimiento se denomina

cinemática inversa.

Es decir, conocida la posición espacial x, y, z deseada del elemento terminal, la cinemática inversa se utiliza para el cálculo de los ángulos que deben recorrer cada uno de los motores de la base y codo y el desplazamiento lineal del eje z.

3) Dinámica del Robot SCARA: Para el análisis dinámico se considera el modelo de un eslabón con masa concentrada en movimiento conectada a un motor (1 grado de libertad).

Fig.19 Modelo para un grado de libertad

La función Lagrangiana establece la diferencia entre la energía cinética y la energía potencial:

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Donde el torque es igual a

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Donde h es altura y en este caso sería z:

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La velocidad tiene sus componentes en x, z.

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(21)

(22)

(23)

= (24)

Entonces la energía cinética sería:

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y la energía potencial:

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Por lo tanto, la función Lagrangiano:

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La derivada parcial del Lagrangiano con respecto a la velocidad angular es:

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La derivada total respecto al tiempo de la derivada parcial del Lagrangiano con respecto a la velocidad angular es:

(29)

La derivada parcial del Lagrangiano con respecto al desplazamiento angular es:

(30)

(31)

Entonces el torque queda

(32)

Sin embargo el robot SCARA en la base y el codo no es afectado por la gravedad, por lo tanto el torque queda expresado de la siguiente forma:

(33)

Considerando el modelo para un sistema mecánico de un grado de libertad, a continuación el diagrama de cuerpo libre de un sistema masa, resorte, amortiguador y posteriormente el equivalente en un sistema rotacional que corresponde a los movimientos del codo y brazo del SCARA.

La fuerza neta aplicada a la masa es igual a la fuerza de empuje o contracción de la masa, menos la fuerza ejercida por el resorte y el amortiguador.

(34)

La fuerza del resorte está en función del estiramiento o compresión (x) y una constante de rigidez (k).

(35)

En cambio la fuerza del amortiguador representa la fricción, mientras más rápido se mueva un objeto, mayor serán las fuerzas de oposición, por lo tanto está en función de la velocidad (v) y una constante de amortiguamiento (c).

(36)

Dado que la velocidad es la primera derivada del espacio,

(37)

Y la fuerza de una masa en movimiento es el producto de la masa por la aceleración,

(38)

Por lo tanto,

(39)

Reordenando los términos,

(40)

Los sistemas rotacionales se construyen a través de modelos similares, en donde el desplazamiento lineal x se reemplaza por el desplazamiento angular θ y la masa de reemplaza por la inercia I.

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4) Control del Robot SCARA: El sistema de control es a lazo cerrado

A continuación el esquema del control y el algoritmo del controlador del PIC programado en C++.

Fig.20 Esquema del control en lazo cerrado

Para controlar al robot se utilizó un controlador por cada grado de libertad, para lo cual se ha diseñado un circuito electrónico de propósito general a base de un microprocesador de la familia PIC18F452 de microchip, el mismo que soporta programación en C++.

Se utilizó como herramienta de programación del PIC el compilador PCWH, el mismo que soporta CCS que consiste en una versión de C++ para PICs.

Fig.21 Compilador de C++ para PIC

Luego de compilado el archivo *.c se convierte en un archivo *.hex listo para ser cargado en el PIC, el proceso de carga al PIC se realiza con la ayuda del software Colt Bootloader.

Fig.22 Bootloader para carga *HEX al PIC

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El algoritmo del programa principal del PIC es el siguiente.

Fig.23 Main del PIC

Atiendo y Control son subrutinas que se encuentran programadas en una función *.h, a continuación el algoritmo de la función Atiendo.

Fig.24 Función (Atiendo) del PIC

La función (Control) se encarga de llevar al motor a la posición deseada y por lo tanto el robot llega a las coordenadas requeridas. A continuación el algoritmo del control ON-OFF que se desarrolló para el robot SCARA.

Fig.25 Función (Control) del PIC

En forma paralela e independiente corre un algoritmo que se activa con la interrupción externa del encoder (low to higth). Este algoritmo ocurre cada vez que el PIC recibe un cambio de estado de bajo a alto en el pin asignado para la lectura del encoder.

Fig.26 Lectura del Encoder del PIC

5) Selector del Robot SCARA: Desarrolle el cuerpo del título de tercer nivel.

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Fig.27 Selector de posición del robot

6) Resultados obtenidos con el robot SCARA: Los resultados son muy satisfactorios, se tiene un error de posición del elemento terminal de 0,05 de mm, hay que mejorar la relación velocidad torque en los algoritmos de control, para ello es imprescindible implementar el algoritmo PID de control.

Fig.28 Fotografía de los 2 robots SCARA construidos

El robot es estable desde la perspectiva mecánica, electrónica y de control, motiva la continuación de la investigación en desarrollo de mejoras a los controladores y al sistema mecánico de la pinza de dos dedos.

En todas las generaciones de estudiantes que han participado en la investigación ha impulsado entusiasmo y dedicación por lo que ha permitido poner en práctica los conocimientos teóricos de la materia a nivel de laboratorio experimental.

El robot está listo para desarrollos más complejos de carácter industrial o de exhibición.

B. Robot Cartesiano

Los cartesianos son robots de 3 grados de libertad cuyo desplazamiento es lineal en los ejes x, y, z, por ello el nombre.

En este caso, el trabajo consistió en diseñar y construir un robot cartesiano tipo industrial con un sistema mecánico basado en carros deslizables y sistemas dentados con piñones. Los actuadores son servomotores con encoder incluido, la tarjeta de control y el algoritmo es el mismo desarrollado para el robot SCARA, con las variantes propias de la resolución de los servomotores.

La diferencia fundamental para el control en este caso resulta ser el movimiento en el eje Z, afectado por la acción de la gravedad deberá desarrollarse a futuro un mejor algoritmo de control.

Las partes y piezas importadas son de marca MISUMI y otras manufacturadas en talleres de la ciudad de Cuenca, se acopló una mesa de trabajo para mejor comodidad de los estudiantes.

1) Morfología del robot Cartesiano: Desarrolle el cuerpo del título de tercer nivel.

Fig.29 Diseño del robot Cartesiano

El robot está compuesto por partes de acero y aluminio, los 3 grados de libertad se deslizan a través de carros y guías por el impulso de un servomotor por cada grado de libertad que actúa con un piñón en una banda dentada lineal. La mesa donde se asienta el robot está compuesta de acero rectificado.

La mesa de trabajo que se desplaza en el plano x – y es de madera y tiene cuadrícula milimétrica que indica el movimiento.

Los controladores son los mismos que se utilizaron en el robot SCARA, uno por cada eje de movimiento.

Fig.30 Tarjetas de control del cartesiano

2) Cinemática del Robot Cartesiano: Para este caso la cinemática es bastante sencilla pues corresponde a la ubicación de un punto en el espacio, para lo cual el ángulo que se calcula del vector de posición P se traduce en cantidad de desplazamiento lineal de cada uno de los ejes.

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Fig.31 Geometría del robot cartesiano

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(46)

Los ángulos , , corresponden a los movimientos de los servomotores x, y, z, para ello es necesario una relación entre el movimiento angular y desplazamiento lineal, esta relación se determinó de forma empírica (prueba y error).

3) Dinámica del Robot Cartesiano: El modelo dinámico de cada grado de libertad es el mismo que del robot SCARA, excepto en el eje z donde influye la gravedad, por lo tanto el τ corresponde al de la ecuación 42.

4) Control del Robot Cartesiano: El controlador desarrollado es el mismo del caso SCARA, no obstante para el eje z hay que desarrollar un mejor controlador en cuanto se refiere al algoritmo que deberá ser PID para contrarrestar los efectos de la gravedad.

5) Selector del Robot Cartesiano: Para pruebas se utilizó la terminal de emulación serial input/output monitor de la pestaña Tools PIC C Compiler. A futuro se piensa desarrollar un software selector para el robot cartesiano.

6) Resultados obtenidos con el robot Cartesiano: Los resultados que se obtuvieron son muy satisfactorios, sin embargo hay que seguir trabajando en el desarrollo de mejores algoritmos para el robot y el software complementario del selector. En particular hay que superar el efecto de la gravedad en el eje z.

A continuación una imagen del robot construido

Fig.32 Fotografía del robot Cartesiano construido

Uno de los propósitos de la construcción de los robots es que sirvan para futuras investigaciones y desarrollos de los estudiantes de ingeniería, se construyó también una mesa de trabajo didáctica deslizable para las instalaciones de equipos y computador.

Fig.33 Fotografía del robot cartesiano y la mesa didáctica.

C. Robot Articulado

El articulado es un robot de 4 grados de libertad conformados por motores paso a paso, por lo tanto su sistema de control es a lazo abierto, el elemento terminal es una ventosa que es controlada a través de un sistema electro neumático.

1) Morfología del robot Articulado: A continuación la

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gráfica del diseño del robot realizada en SolidWorks.

Fig.34 Diseño del robot Articulado

Mecánicamente el robot fue diseñado para 4 grados de libertad, todas las articulaciones son rotacionales (base, brazo, codo y muñeca).

Adicionalmente se dispone de una ventosa como elemento terminal, cuyo actuador es un sistema neumático comandado por una electroválvula.

Para el diseño y simulación del ensamble del robot se utilizó la herramienta de CAD Solid Works©.

Los actuadores para la base, brazo, codo y muñeca son motores paso a paso DC. Originalmente como consta en el diseño se acoplaron los ejes de los motores a un conjunto de piñones y bandas que conformarían el sistema de transmisión, sin embargo en la práctica existió mucho peso que no podía ser levantado por tales motores, por lo que se tuvo que acoplar una caja de engranes a los motores, éstas cajas son las que se utilizan en los sistemas de vidrios eléctricos de los automóviles.

El sistema de transmisión consiste en piñones y bandas que llevan el movimiento desde las cajas de engranes de los motores a las articulaciones. Mientras que para el elemento terminal se utiliza un sistema neumático.

Fig.35 Fotografía del ensamble del robot Articulado

Existen topes mecánicos para el movimiento de las articulaciones.

El sistema de control es a lazo abierto y está compuesto por dos elementos fundamentales: una tarjeta electrónica por cada grado de libertad y un computador personal en donde corre el software de mando del robot.

Las tarjetas electrónicas están estructuradas por un módulo de comunicaciones seriales para establecer diálogo con la computadora; un PIC encargado de realizar el control del motor; módulo de potencia para comandar al motor; módulo de alimentación DC y módulos de entradas y salidas de datos digitales y analógicos para propósito general.

Se utilizó los paquetes informáticos Solid Works versión estudiantil (CAD) para el dibujo de la estructura mecánica del robot.

Todos los elementos fueron manufacturados en diferentes talleres de la ciudad. A continuación a modo de ejemplo la hoja de trabajo para la manufactura de la pieza del dibujo Nº 17 “Cara lateral base izquierda”.

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Fig.36 Hoja de manufactura del robot Articulado

2) Resultados obtenidos con el robot Articulado: En la siguiente gráfica se observa el robot construido, el mismo que tiene un buen nivel de control en lazo abierto

Fig.35 Fotografía del robot Articulado construido

III. CONCLUSIONES

Los prototipos de robots desarrollados funcionan correctamente.

Hay que mejorar los controladores para compensar los efectos de la gravedad. Esto implica desarrollar algoritmos PID.

La última versión de tarjetas electrónicas con tecnología de montaje superficial eliminó el ruido de alimentación al momento del funcionamiento de los servomotores. Esto fue un proceso evolutivo de al menos 3 años.

Los prototipos construidos servirán en el futuro para desarrollar más investigaciones en temas de robótica, como por ejemplo control por visión artificial, optimización de controladores, desarrollo de software para robótica, estructuras mecánicas, entre otros.

Investigaciones de este tipo que generan la construcción de prototipos requieren de financiamiento y presupuesto, en este caso el presupuesto bordea los $10.000,0.

RECONOCIMIENTOS

Un reconocido agradecimiento se merece el Dr. Eduardo Coronel Díaz, quien fuera Decano hasta diciembre de 2011 el mismo que impulsó y apoyó en todo momento la investigación, de igual manera los estudiantes de los quintos años de la carrera de ingeniería eléctrica desde la promoción 2004 a 2012, en particular las promociones 2010, 2011 y 2012 quienes han dedicado tiempo completo a esta gratificante tarea.

IV. REFERENCIAS

[1] Barrientos, A., Luis Felipe, P., Carlos, B., & Rafael, A. (2007). Fundamentos de Robótica (02 ed.). McGraw-Hill.

[2] Cánavas, A. Manual de usaurio del compilador PCW de CCS.

[3] CNAD. (2004). Varios Módulos de Robótica Aplicada. México DF, México: CNAD.

[4] Microchip Technology, I. (2006). Microchip PIC 18Fxx2 Data Sheet High Performance Enhanced Flash Microcontrollers with 10 Bit A/D. Recuperado el 13 de febrero de 2010, de http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39564c.pdf

[5] Semiconductor, N. (s.f.). Datasheet Catalog.com. Recuperado el 20 de marzo de 2010, de h t tp : / /www.da tashee tca ta log .org /da tashee t /nationalsemiconductor/DS010568.PDF

[6] William, B. (2001). Ingeniería de Control. Alfaomega.

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Mecanismos de promoción y financiamiento de las Energías Renovables en el Ecuador

Antonio BARRAGÁN


[email protected]

Abstract— For the penetration of renewable energy (RE) has steadily increased in some countries, has established wide economic regulation as an incentive for developers to invest not only in the construction and operation but also in research and development. This article lists the legislation that promotes ER in Ecuador, and classified according to the existing regulatory theory. It thus seeks to contribute to knowledge and not only technical but regulatory, as a means to encourage interest from developers, students and professionals.

Resumen— Para que la penetración de las energías renovables (ER) se haya ido incrementando paulatinamente en algunos países, se ha establecido variada regulación económica como incentivo para que los promotores inviertan no sólo en la construcción y operación sino en Investigación y Desarrollo. Este Artículo recopila la Legislación que promueve las ER en el Ecuador, y la clasifica según la teoría regulatoria existente. Se busca con ello contribuir al conocimiento ya no sólo técnico sino regulatorio, como medio para fomentar el interés por parte de los promotores, estudiantes y profesionales.

Palabras clave: Energías Renovables, regulación, promoción

I. INTRODUCCIÓN

En los países en desarrollo como en el Ecuador, la penetración de las ER puede ser compleja y por tanto la necesidad de incentivos es fundamental para evitar obstáculos en el desarrollo de este tipo de proyectos.

Fig.1 Costo promedio de generación para diferentes tecnologías.

Otra peculiaridad del caso Ecuatoriano frente a otros países es que en ellos existen mercados liberalizados, y por tanto los diferentes agentes compiten de forma que se posibilita el descenso de los precios.

Por otro lado, según la Matriz Energética ecuatoriana, se prevé que para el 2020 la electricidad que consume el país sea generada por el 93,53% por plantas hidroeléctricas, 4,8% por térmicas, 0,57% por eólicas, 0,72% por geotérmica y 0,32% por biomasa.

La implementación de este tipo de tecnologías tiene problemas

por los costos ya que no son competitivos frente a las tecnologías tradicionales, tal como se ve en la Fig.1 y Fig. 2, (1).

Fig.2 Costo promedio de inversión para diferentes tecnologías.

II. TIPOS DE INCENTIVOS

Se supone que si se internaliza al precio de producción de energía, los costos de las externalidades (son los costos financieros, sociales y económicos que no está incluidos en los precios que los clientes pagan), los precios de energía ligados a las tecnologías que utilizan materias primas no renovables frente a las energías renovables podrían ser competitivas y equiparables (2), (3). En definitiva se establece una prima para el “kilovatio verde” que asume los costos de producción que no repercuten en el “kilovatio convencional”, siendo precisamente estos costes los que derivan del impacto ambiental, puesto que las empresas energéticas que utilizan fuentes no renovables no eliminan completamente dicho impacto (4).

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La regulación económica permite establecer medidas que tratan de internalizar en el precio de la energía estos costos (2), instaurándose mecanismos de distribución basados en incentivos y garantía de compra de energía producida (5). Básicamente se describen los siguientes mecanismos que son utilizados en el Ecuador (2), (3):

A) Mecanismos fiscalesImpuestos a la energía o a las emisiones de contaminantes atmosféricos o de vertidos, o mediante exenciones fiscales.

B) Incentivos económicosQue permiten el fomento de las energías renovables, la cogeneración y los equipos de consumo eficiente. Se establece un precio de la energía dependiendo de la tecnología, o del tamaño de la planta.

C) Instrumentos de mercadoComo el comercio de derechos de emisión y el comercio de certificados verdes.

D) Portafolio estándar de energía Renovable (Renewable Portafolio Estándar ó RPS)Se dispone de un porcentaje mínimo de fuentes de energía renovable entre la potencia de generación instalada. El regulador establece el porcentaje mínimo, después de considerar objetivos ambientales o la diversificación de las fuentes de generación o costos.

E) Objetivos nacionales de energías renovablesDisponer en un periodo un determinado porcentaje de energía eléctrica proveniente de fuentes renovables.

III. INCENTIVOS VIGENTES EN EL ECUADOR

La base de la implementación de estos mecanismos está en lo enunciado en la Constitución de la República de 2008, que en sus artículos 15, y 413 se estipula que el “Estado promoverá,…las tecnologías ambientalmente limpias y de energías alternativas no contaminantes y de bajo impacto”, además de “la eficiencia energética,… las energías renovables, diversificadas, de bajo impacto ambiental”. Así mismo en la Ley del Régimen del Sector Eléctrico1 en el artículo 5, se establece como uno de sus objetivos el “fomentar el desarrollo y uso de los recursos energéticos no convencionales”. En el Reglamento General de la Ley de Régimen del Sector Eléctrico2, en el Art. 76 y 77, se define como energías renovables, no convencionales a la energía eólica, biomasa, biogás, fotovoltaica, geotérmica y otras de similares características, y la provenientes de pequeñas centrales hidroeléctricas. Por otro lado se indica que el Estado fomentará el uso de recursos no convencionales.

La Tabla 1, identifica los mecanismos que el Ecuador tiene en vigencia y que están enmarcados en las definiciones previamente enunciadas.

De los mecanismos descritos el segundo llamado también Feed-in Tariff, o de tarifa regulada es el que globalmente ha demostrado mayor efectividad y eficiencia para promover las ER

(2), (3). La efectividad se mide como la capacidad de incrementar la penetración de las renovables (o de un tipo de tecnología renovable) en el consumo de electricidad o como la electricidad generada comparada con el potencial realizable a mediano plazo (2020, por ejemplo considerando los objetivos establecidos en la Matriz Energética del Ecuador). Mientras que la eficiencia, se la define como la comparación entre el nivel económico del apoyo recibido y el coste de generación (para una tecnología renovable específica). En el caso ecuatoriano es demasiado pronto para ver la efectividad y la eficiencia de los mecanismos existentes dado la baja penetración en ER existente.

1 Registro Oficial 43 de octubre de 1996. 2 Registro Oficial 402 de 14 de noviembre de 2006.

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En (2), (3), se identifican otros mecanismos, que no son detallados en este documento por las condiciones de los mercados en donde se pueden implantar y no son aplicables al caso ecuatoriano. De los que son de interés y podrían considerarse como adicionales a los indicados en la Tabla 1, se citan los siguientes:

a) Tarifa por transmisión: es un pago adicional por transporte en el caso de requerirse la construcción de una línea de transmisión.

b) Políticas de reducción de costos: que son incentivos para atraer inversores. Destacan cinco políticas que se pueden implantar: 1) Reducción de los costos del capital (vía subsidios y bonificaciones); 2) Reducción de los costos de capital después de la compra (desgravaciones fiscales); 3) Compensación de los costos en el flujo de pagos a través de créditos fiscales a la producción; 4) Prestamos en condiciones favorables y ayudas financieras; 5) Reducción de los costes de instalación a través de compras al por mayor.

c) Políticas de mercado para las infraestructuras: posibilitan el mantenimiento y promoción de la implantación de infraestructuras renovables, para ello se debe fomentar la educación, establecimiento de normativa específica, licencias, participación local en los proyectos, entre otros.

IV. CONCLUSIONES

Como base para que los mecanismos acogidos den los resultados perseguidos se necesita una elevada seguridad jurídica acompañada de reducidas barreras regulatorias y administrativas. Así mismo la planificación energética a mediano y largo plazo,

TABLA I MECANISMOS DE PROMOCIÓN DE LAS ER EN EL ECUADOR

Tipo de Incentivo Descripción

Mecanismos Fiscales

Código de la Producción (Registro Oficial 351, de 2010-12-29).

• En los sectores que contribuyan al cambio de la matriz energética, se reconoce la exoneración total del impuesto a la renta por cinco años a las inversiones nuevas que se desarrollen en estos sectores.

• La depreciación y amortización que corresponda, entre otras a la adquisición de mecanismos de generación de energía de fuente renovable (solar, eólica o similares), y a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, se deducirán con el 100% adicional.

Incentivos Económicos

Regulación No. CONELEC – 004/11, Precios de la Energía Producida con Recursos Energéticos Renovables no Convencionales.

• Establecen los precios, su período de vigencia, y la forma de despacho para la energía eléctrica entregada al Sistema Nacional Interconectado y sistemas aislados, por los generadores que utilizan fuentes renovables no convencionales.

• Se establecen límites de potencia.

Instrumentos de Mercado

Protocolo de Kyoto• Los MDLs persiguen la obtención de certificados de reducción de

emisiones (CREs) a través de la implantación de tecnologías limpias y eficientes en vías de desarrollo.

Decreto Ejecutivo N°. 1815• Dispone que todo proyecto contemple “en su ingeniería financiera una

cláusula de adicionalidad, con la finalidad de ser considerado en lo posterior como proyecto MDL”

Portafolio Estándar

de Energía Renovable

Políticas y Estrategias para el Cambio de la Matriz Energética del Ecuador.

• El Ministerio de Electricidad y Energías Renovables, establece que para el año 2020, la hidroelectricidad será de un 80% (alrededor de 5800 MW), y un 10% de la potencia corresponderá a las energías renovables.

Objetivos Nacionales de Energías Renovables

Políticas, Lineamientos y Objetivos del Sector Eléctrico. (Acuerdo Ministerial N°. 035, Registro. Oficial. No. 518 de 2009-01-30)

• Promover el desarrollo sustentable de los recursos energéticos e impulsar proyectos con fuentes de generación renovable (hidroeléctrica, geotérmica, solar, eólica).

permitirá al ente regulador prever lo que pudiese ocurrir en los aspectos ambientales, seguridad de abastecimiento y conexión a red. Y en ese mismo sentido la planificación permitirá medir la eficiencia y efectividad de los mecanismos empleados para incentivar el desarrollo de las ER y por otro lado puede corregirlos o reformularlos en función de los resultados deseados (2).

V. REFERENCIAS

[1] Coeviello, M.F. Entorno Internacional y oportunidades para el desarollo de las fuentes renovables de energía en los países de América Latina y el Caribe. Santiago de Chile : CEPAL, 2003.

[2] Torres López, María y Arana García, Estanislao. Energía eólica: Cuestiones jurídicas, económicas y ambientales. Navarra : Civitas, THOMSON REUTERS, 2010.

[3] Sodd, Y. R. y Singh, Rnadhir. Policies for promotion of renewable energy sources for restructred power sector. s.l. : IEEE, 2008.

[4] Izquierdo, José Manuel. Energía eólica y territorio. Sevilla : Universidad de Sevilla, 2008.

[5] Hernández, Juan. Regulación y competencia en el sector eléctrico. Evolución, regulación actual y perspectivas de futuro. Navarra : THOMSON. ARANDI, 2005.

[6] 6. MEER. Matriz energética del Ecuador. Quito, Ecuador : Ministerio de Electricidad y Energías Renovables, 2008.

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Implementación de una nueva termoformadora para el incremento de la producción de puertas

para nevera

Julio LARGO, Luis SARI, Marco ALARCÓN, John ORELLANA, Andrés MATUTE, Michael CABRERA


[email protected]@hotmail.com

[email protected][email protected]

[email protected]@ucacue.edu.ec

Abstract— This document reflects the work done at the factory Indurama SA for the construction and commissioning of a new thermoforming machine to increase production of doors for refrigerators. This machine molds plastic called AVS used for cabinets and counter refrigerator doors. The thermoforming process can shape the material according to the type of mold required by temperature, vacuum and cooling. The mechanic structure and the furnace are controlled with the help of programmers controllable logic (PLC).

Resumen— En este documento se refleja el trabajo desarrollado en la fábrica INDURAMA S.A, correspondiente a la construcción y puesta en marcha de una nueva termoformadora para el incremento de la producción de puertas para neveras. Esta máquina moldea el plástico llamado AVS que se utiliza para gabinetes y contra puertas de las neveras. El proceso de termoformado permite darle forma al material de acuerdo al tipo de molde requerido a través de temperatura, vacío y enfriamiento. La estructura mecánica construida y el horno son controlados con la ayuda de programadores lógicos controlables (PLC).

Palabras clave: Termoformadora, Automatización, PLC, Sensores, Control, Temperaturas.

I. INTRODUCCIÓN

Desde hace tiempo atrás, las termoformadoras de la fábrica INDURAMA S.A., han tenido la necesidad de implementar nueva tecnología de acuerdo al crecimiento poblacional, demanda y a los avances tecnológicos.

Esto ha provocado muchos cambios y ajustes en el desarrollo de las actividades inherentes a su campo de acción y han motivado las necesidades de innovaciones en los procedimientos, con estudios que permitan un conocimiento técnico y fundamentado en el razonamiento científico.

Desde el inicio del proceso de termoformado, la industria ha sido la más beneficiada debido a la alta productividad y las bondades que ofrece por costo-beneficio, por lo tanto, el presente proyecto se centra en la construcción y puesta en marcha de una nueva termofomadora para la fábrica INDURAMA S.A., tal que contribuya a la disminución del desperdicio de material, materia prima y mano de obra e incremento de la producción.

El proyecto consistió en la construcción de la estructura mecánica, el horno y los sistemas de control necesarios para el funcionamiento estable y continuo de la termoformadora en su interacción con el moldeado de plástico para la construcción de

puertas para neveras.

En el proyecto se contó con el apoyo, mano de obra y diseños del grupo de proyectos de Automatización y Mecánica de la fábrica INDIRAMA S.A., así también el recurso económico que financió la compra de materiales, partes y piezas.

Para el control de la máquina se utilizaron los programadores lógicos controlables (PLC) de gran difusión en la industria de la automatización.

II. TEXTO

En el proceso de termoformado, la operación de calentamiento es una de las etapas que emplea más tiempo y en la que se pueden presentar las mayores dificultades, ocasionando el mal aprovechamiento de recursos materiales y humanos. Es por eso que este proyecto está dedicado al mejoramiento del proceso de transferencia de calor y al control de los fenómenos que se presentan en la operación del calentamiento de plásticos.

A. La automatización.

La automatización consiste en la incorporación de conjuntos de elementos y dispositivos tecnológicos en la termoformadora

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que aseguren su control y buen funcionamiento, de lo posible en forma autónoma.

La tecnología de la automatización se centra en el conocimiento y utilización de los dispositivos tecnológicos tales como transductores, temporizadores, contadores, dispositivos lógicos de control (PLC), neumática entre otros.

1) PLC: Son las siglas de Controlador Lógico Programable, y consiste en un equipo que tiene módulos de entradas, una unidad central de proceso (CPU), una memoria en donde reside el programa, módulos de salida y una fuente de alimentación.

Fig.1 Estructura de un PLC

Las señales que recibe el PLC pueden ser entradas digitales o analógicas procedentes de diversos dispositivos de mando, estos pueden ser sensores, pulsantes, entre otros que las convierten en señales lógicas manejables por la CPU.

La CPU ejecuta el programa contenido en la memoria y basándose en tales instrucciones toma las acciones que correspondan.

Las instrucciones de control procesadas por la CPU, son convertidas por las salidas en una señal digital o analógica que se utiliza para controlar diversos dispositivos de campo que son los actuadores.

Para introducir las instrucciones de control y transferirlas a la memoria, se utiliza un dispositivo de programación. Estas instrucciones determinan la relación del PLC ante una entrada específica. (Muños, 2001)

Para tener el control de la maquina fue necesario adquirir un PLC de la familia FX3G40MR, que consta de 24 entradas digitales siendo las 6 primeras de lectura rápida, estas entradas son empleadas para alta frecuencia que tiene el sensor o encoder lineal que se utilizó. Las salidas digitales de relé del PLC son 16.

Fig.2 PLC Mitsubishi FX3G40MR

La interfaz de operador permite obtener información sobre el estado del control y cambiar ciertos parámetros tales como temperatura, tiempos, lectura de posicionamiento de la plataforma, etc., a través de un panel operador o también conocido como HMI.

La HMI que se utilizó para el proyecto fue de la marca KIMCO con su mismo software.

Fig.3 HMI - KIMCO

Las tareas de control son resueltas por medio de contactores o relés de control.

Esta técnica fue empleada para la conexión física de todos los elementos eléctricos y electrónicos que están involucrados para resolver la tarea de control. Si se comete un error durante el proceso de cableado será necesario reconectar.

Para hacer cualquier modificación en la tarea de control debe corregirse el programa de control sin mover el correspondiente cableado.

Fig.4 Esquema de conexiones a las entradas digitales del PLC

La tarea de control también puede resolverse con un PLC. Los diferentes elementos que forman el sistema de control ya no se interconectan físicamente, sino que se conectan a los bornes de entrada (sensores) y salidas (actuadores) del PLC. Las conexiones serie paralelo de la lógica del cableado se constituyen por estructuras software en el programa del PLC.

Las entradas discretas o entradas digitales solo pueden tener

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dos tipos de estados: ON u OFF (1- 0).

Los pulsadores, interruptores de límite, temperatura, de presión, sensores de proximidad y foto celdas son claros ejemplos de sensores discretos que van conectados a las entradas discretas o digitales de un PLC.

A la condición ON de una entrada discreta se le asocia un “1 lógico”, y a la condición OFF se le asocia un “0 lógico”. Como ejemplo tenemos un pulsador normalmente abierto (ON) que se emplea en las siguientes condiciones: un borne del pulsador es conectado a una fuente de alimentación interna de 24VDC. Algunos PLC requieren de una fuente externa para alimentar las entradas.

Al presionar el pulsador se cierra el circuito y le llega voltaje al PLC, siendo así la condición ON o “1 lógico”

Las salidas discretas o digitales son aquellas que pueden tomar solo dos estados: ON u OFF.

Comando de solenoides, bobinas de contactores, relés, señalizaciones y electroválvulas; son algunos ejemplos de dispositivos finales de control, los cuales van conectados a las salidas del PLC.

2) Pulsantes: son dispositivos mecánicos de mando que convierten una condición física en una señal eléctrica; estos van conectados a las entradas físicas de un PLC, para que luego sea interpretado por el controlador.

Una señal eléctrica se envía desde el pulsador hasta el PLC, para indicar la condición de “abierto/cerrado” de los contactos del pulsador.

En el tablero de control se utilizó un foco de señalización de 24V DC 5W, que nos indica el energizado de la termoformadora. El pulsante tipo hongo con enclavamiento NC, es utilizado en emergencia en un paro general. El selector de dos posiciones comanda la plataforma en modo manual hacia arriba y abajo, el pulsante de color azul rasante es para el reinicio de la maquina después de alguna anomalía o cuando se haya activado el pulsante de emergencia. El pulsante verde sirve para el inicio de ciclo automático. El pulsante de color rojo sirve para eliminar el calentamiento de la plancha dentro del horno de termoformado.

Fig.5 Tablero de control.

3) Sensores de posicionamiento: son dispositivos transductores que se utilizan para cambiar una señal analógica a digital mediante un modulo de expansión para que el PLC pueda interpretar los datos trasmitidos por cualquier sensor, estos valores pueden ser enviados mediante señales de tensión (0-10vdc) o corriente (4-20mA). A continuación una imagen del encoder lineal utilizado para poder determinar la posición de la plataforma.

Fig.6 Encoder lineal

4) Sensor Inductivo: El sensor inductivo que se observa en la figura, tiene las siguientes características: tensión de alimentación es de 10 - 24Vdc, NPN, de diámetro 18mm, fue utilizado para determinar el lugar del carro, si esta dentro o fuera del horno teniendo así una señal de seguridad para que continúe la secuencia de funcionamiento.

Fig.7 Sensor inductivo

4) Interruptores fines de carrera: Son interruptores de posición que sirven para el control de un proceso automático utilizados para señales o de seguridades, en el caso de este proyecto fue considerado este tipo de fin carrera por la característica que tiene la cabeza de dicho dispositivo.

Fig.8 Sensor fin de carrera

5) Relés: son aquellos dispositivos que se emplean para facilitar la automatización, habilita el control de una maquina desde varios puntos o estaciones de maniobra; permiten aislar diferentes tensiones proporcionando alto nivel de seguridad para personas quienes operan procesos relativamente complejos mediante los contactos que son normalmente abierto o normalmente cerrado, que pueden ser gobernados mediante

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dispositivos auxiliares de mando tales como interruptores de final de carrera, detectores de proximidad, temporizadores, termostatos, entre otros.

Los relés que se instalaron para el control o comando de los actuadores, son de la familia ABB, cuyas bobinas de alimentación son a 24V DC, y su montaje sobre rieles o perfiles normalizados DIN de 35mm de ancho, como casi todos los dispositivos de maniobra, mando y protección moderna lo cual facilita el diseño y el armado en diversas aplicaciones aprovechando así al máximo el espacio disponible de cabinas y tableros de control. (G., 2002).

Fig.9 Relés de 24Vdc

B. Desarrollo del Software para la termoformadora Se denomina software a cualquier forma de información que una computadora o PLC pueda utilizar. El software incluye el tipo de lenguaje e instrucciones para controlar el hardware, en cambio el programa consiste en una o más instrucciones que resuelven una tarea de control.

El programa del PLC es simplemente el conjunto total de instrucciones que se almacenan en la memoria de un PLC.

1) Diagrama lógico de escalera: este tipo de lenguaje llamado también Ladder Logic (LAD), es una técnica de programación que se utilizó para desarrollar el programa de control de la termoformadora que se grabó en la memoria del PLC. (Muños, 2001)

Consiste en un diagrama de escalera que inicia a una línea vertical izquierda que representa la potencia o conductor energizado. El elemento o instrucción de salida representa el neutro o camino de retorno al circuito.

La CPU ejecuta y lee los diagramas de escalera de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo.

En la Fig. 10, se representa un ejemplo del software y el tipo de lenguaje de escalera de mando.

Fig.10 Forma de programación en LADER

2) Lenguaje lista de instrucciones: Llamado también por las siglas STL (Statement List) es también otra forma de programar los PLC. En este otro método de lenguaje el STL es la unidad autómata más pequeña de un programa y representa una orden para que ejecute un trabajo para el PLC.

C. Circuito de Fuerza

El circuito de fuerza es muy importante en el proyecto, debido a que se trabajó con tensiones y corrientes muy elevadas.

1) Motores de corriente alterna: En los motores de corriente alterna existen dos clases que son. Los motores Sincrónicos y los motores de Inducción, dependiendo de la manera como se suministra la corriente de campo al devanado del estator. A los motores de inducción se los conoce también como los asincrónicos y son ampliamente utilizados en las industrias debido principalmente a que no necesitan de escobillas ni mecanismos de conmutación para ser operados, lo cual facilita la su mantenimiento y su construcción siendo así más económicos, seguros, compactos y livianos con respecto a los motores de corriente continua que tienen la misma potencia.

Además otra de sus ventajas es la variación de velocidad que puede ser fácilmente controlada mediante circuitos electrónicos que pueden modificar la tensión y la frecuencia de alimentación sin afectar el par o torque del motor. A estos circuitos electrónicos se los conoce como “Variadores o Drivers AC”.

El motor del fig.11, es el modelo de motor que se utilizó para el control del movimiento mecánico del carro y tiene los siguientes datos de placa: 220Vac, 0,5 HP de potencia, 60Hz, con conexión delta, y tiene incorporado un electro freno que funciona a 220Vcc.

Fig.11 Motor trifásico del carro

Los variadores de frecuencia que se emplearon para el control de velocidad del motor del carro, son de marca reconocida Mitsubishi de la familia FR-D720-45NA. Que soporta una potencia de 0.5Hp.

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Fig.12 Variador de frecuencia

De igual manera se escogieron los motores para la plataforma con las siguientes características: Tensión de de alimentación de 220Vac, la potencia de 3Hp, con frecuencia de 60Hz, y su consumo de 10Amp. Que son los valores de placa.

Fig.13 Motor trifásico de 3Hp.

La velocidad de la plataforma se controlada mediante los dispositivos electrónicos denominados variadores. Para el trabajo investigativo se utilizaron variadores de la marca Sinamics G110, aplicando la configuración de sus respectivos parámetros.

Fig.14 Variadores de frecuencia Sinamic G110

2) Relés de estado sólido: Los relés de estado sólido son dispositivos electrónicos que permiten aislar eléctricamente el circuito de entrada o mando y el circuito de fuerza. Los relés de estado sólido o llamados también SSR. Están constituidos por diferentes partes:

Circuito de entrada: No es más que el aislamiento, esta asegurando generalmente por un acoplamiento óptico con semiconductores que pueden ser opto acopladores, fototriac, fotodiodo, etc.

Fig.15 Fototriac, fotodiodo y fototransistor

Detector paso por cero: En algunos casos son relés de estado sólido con la función de detección de paso por ceso. Los relés con esta función tienen un buen nivel de inmunidad a los ruidos paracitos de entrada y producen unas bajas radiaciones al conmutar tensiones bajas. Los relés de estado sólido que tengan esta función de detección de paso por cero son ideales para trabajar con cargas resistivas, capacitivas y cargas inductivas que oscilen en un factor de potencia entre 0.7 y 1.

Circuito de salida: Para el control de temperatura de trabajo de la termoformadora se utilizaron tiristores anti paralelo o triacs del tipo SSR trifásicos con salida CA, su alimentación externa de 24V DC, que soporta una carga de 25 Amperios por fase, logrando así tener un control confiable. A continuación una imagen de los relés instalados en la termoformadora con su respectiva protección.

Fig.16 Relés de estado sólido.

En todo caso hay que tener presente en todo momento no aplicar una tensión o corriente excesiva en los circuitos de entrada y de salida del SSR; asegurarse que los tornillos de conexión estén correctamente apretados, y que los equipos cuenten con una ventilación adecuada.

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Fig.17 Disipador de calor para Relés de estado sólido.

A continuación se muestra un ejemplo de conexión del circuito de fuerza de los relés de estado sólido.

Fig.17 Circuito de fuerza de las niquelinas mediante SSR.

D. Calentamiento del plástico.

En el proceso de termoformado, la operación de calentamiento es una de las etapas que emplea más tiempo y en la que se pueden presentar las mayores dificultades ocasionando el mal aprovechamiento de recursos materiales y humanos. Es por eso, que este punto está dedicado a la transferencia de calor, teniendo como objetivo el tratar de aclarar los fenómenos que se presentan

en la operación del calentamiento de plásticos.

1) Conducción: Es la transferencia de calor de una parte de cuerpo hacia otra del mismo cuerpo, o también de un cuerpo hacia otro cuerpo de diferente materia que están en contacto físico el uno con respecto al otro.

2) Convección: Se trata de la transferencia de calor de un punto a otro, dentro de un fluido con otra. En el caso de la convección natural el movimiento fluido ya sea gas o líquido mediante la mezcla entre las dos. En la convección natural el movimiento del fluido se debe totalmente a diferencias de densidad como resultado de diferencias de temperatura.

3) Radiación: Es la transferencia de calor de un cuerpo a otro que no se encuentra en contacto con él, por medio del movimiento ondulatorio a través del espacio.

Para propósitos del proceso de termoformado, se consideran tres medios para la Transmisión de calor, estos son:

• Contactoconunsólido,líquidoogascaliente.• Radiacióninfrarroja.• Excitacióninternaopormicroondas.

Los dos primeros son muy empleados en el termoformado de plásticos y para varios de ellos el rango de temperatura es entre 120° C y 205° C (250° F y 400° F).

E. Construcción del horno.

La construcción de la estructura se realizó con tubo de hierro comercial de 35mm x 35mm ó 50mm x 50mm, luego de cortar el tubo a las medidas según el diseño se realizó la suelda respectiva de las paredes laterales, superiores e inferiores.

Posteriormente se forró la parte interna de la estructura con una lámina galvanizada y remaches del tipo “pop” y punteada con soldadura. Los agujeros fueron cubiertos con una placa rígida de fibra de vidrio para el aislamiento térmico.

El forro de la parte exterior de la estructura se realizó con láminas galvanizadas, remachar con “pop” o suelda.

Las puertas se fabricaron con estructura de tubular de 25mm x 25mm, estas son más cortas para que pasen las guías. Las puertas se ubicaron por medio de rieles corredizas en sus respectivas guías.

En el horno se ubicaron guías con rodamiento a lo largo de las puertas facilitando así su desplazamiento. Los cielos se fabricaron con láminas galvanizadas y perforadas de acuerdo con las medidas necesarias de las niquelinas para ser sujetadas y conectadas.

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Fig.18 Lateral de la estructura de la termoformadora

Para el calentamiento del horno se instalaron 70 niquelinas cerámicas infrarrojas de 650 wats, 220Vac, ubicadas con distintos números de grupos y en lugares estratégicos que conforman las zonas de calentamiento.

Fig.19 Espacios para las niquelinas del horno.

Fig.20 Armado de las niquelinas cerámicas

Todos los grupos de niquelinas denominadas zonas de calentamiento están conectadas en delta.

Fig.21 Conexión en las niquelinas en triangulo.

F. Control neumático centralizado

El desarrollo de los dispositivos de control operados con aire comprimido ha permitido un gran paso en el control de procesos. Con ésta tecnología, las variantes del proceso podían ser cambiadas a señales neumáticas y trasladadas hacia controladores remotos. Esta tecnología ha permitido el desarrollo de los “circuitos neumáticos” usando combinaciones de orificios, palancas, amortiguadores solenoides y otros dispositivos.

Para el control de las puertas, embragues y garras, se utilizó el sistema neumático a través de electroválvulas de marca FESTO 5/2 que son accionadas por bobinas de 24VDC simplificando así el desarrollo del proyecto, el siguiente grafico nos indica el tipo de electroválvulas que se empleo.

Fig. 22 Electroválvulas 5/2 con solenoides de 24Vdc

El circuito electro - neumático de conexiones fue dibujado en el software Autocad Electrical 2009.

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Fig.23 Diseño del circuito neumático

El esquema indica el sentido de aire que circula para activar los respectivos actuadores. El aire comprimido es generado por compresores de alta presión que alimentan a todo el sistema neumático de la termoformadora a través de las cañerías que soportan ésta presión.

G. Resultados obtenidos

A continuación una fotografía de la termoformadora construida y en operación. Como resultado directo se ha reducido el desperdicio del 8% a un 2% según las estadísticas del departamento de Ingeniería Industrial de la fábrica INDURAMA S.A; de igual manera los tiempos de cambio de moldes para los modelos de neveras han reducido considerablemente, así como también los tiempos de parada por mantenimiento.

Fig.24 Vista panorámica de la Termoformadora

III. CONCLUSIONES

Al realizar las pruebas con los moldes de termoformado se presentaron problemas con los motores que movían las plataformas, por lo que fue necesario incrementar el torque con moldes de mayor tamaño, pero esto se logro superar configurando los drivers, con los parámetros de arranque vectorial.

La Termoformadora se encuentra en pleno funcionamiento y producción de puertas para neveras con una reducción de 6 puntos porcentuales en el desperdicio del material y por lo tanto se ha visto incrementada la producción.

RECONOCIMIENTOS

Un reconocimiento muy especial a todo el personal que labora en la sección de Proyectos Automatizados de la empresa INDURAMA S.A. quienes nos prestaron todo el apoyo incondicional para que se desarrolle con éxito este trabajo de investigación.

IV. REFERENCIAS

[1] AG, S. (11 de 04 de 2004). Instrucciones de servicio, SINAMICS G110. Germany.

[2] G., F. G. (2002). www.cekit.com.co. Recuperado el 26 de mayo de 2012, de Curso práctico de electrónica industrial y automatización: http:/www.cekit.com.co

[3] Mitsubishi Electronics (s.f.). Drivers FR-D720-NA45.

[4] Mitsubishi Electronics. (s.f.). Manual de instrucciones serie FX3G, FX3U.

[5] Mitsubishi Electronics. (s.f.). Manual de instrucciones FX2N-4AD-PT.

[6] Puentes, W. G. (s.f.). www.postensados.com. Recuperado el 26 de 05 de 2012, de www.electronica-electronics.com/.../SSR_Relay_de_estado_sólido.

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Análisis técnico-económico de pérdidas no técnicas en los sistemas de medición

semiindirecta, variación de la clase de precisión de los medidores y hurto de energía en el área de

concesión de la CENTROSUR

Santiago MOSCOSO, Luis FERNÁNDEZ, Juan CAMPOVERDE, Juan CHITACAPA


[email protected]

Abstract-The Electrical Regional Centro Sur S.A., company, in its distribution and commercialization area of electric power, encourages technical, economic and human resources, for the control of the loss of energy (technical lost + non-technical losses), being this a government concern and an entrepreneurial challenge maintaining the non-technical losses in indexes of a digit it means smaller that 10% so, for the CENTROSUR through its measuring control department, controls that the energy that it gives to customer is not deviate from the measurement system, with a joust of the service, with the purpose of not having a negative value, those values to the generating companies; this research seeks how to quantify the economic losses caused by the variation of the precision class of the measurement equipment direct, semi-indirect and theft energy.

Resumen- La Empresa Eléctrica Regional Centro Sur C.A., en su área de distribución y comercialización de energía eléctrica, emprende recursos técnicos, económicos y humanos, para el control de las Pérdidas de Energía (pérdidas técnicas más pérdidas no técnicas)siendo esta una preocupación gubernamental y un reto empresarial, el mantener las pérdidas no técnicas en índices de un digito, es decir menores al 10%, es así que para la Centro Sur a través de su Departamento de Control de la Medición, monitorea que la energía que entrega a sus clientes no se desvíe de los sistemas de medición, con una facturación del servicio justa, con el propósito de no tener un saldo negativo respecto a lo comprado a las empresas generadoras; esta investigación pretende cuantificar las pérdidas económicas ocasionadas por la variación de la clase de precisión de los equipos de medición directa, semi-indirectas y hurtos de energía.

Palabras clave: Comercialización, energía, pérdidas no técnicas, precisión, control, cuantificar, hurto

I. INTRODUCCIÓN

El presente estudio contiene tres componentes que nos ayudarán para el cumplimiento de nuestro objetivo, el cual es establecer directrices para reducir las pérdidas no técnicas que representan el 1.04% equivalente a 8673.76 MW/h en el periodo hasta el 31 de diciembre del 2011; el primer componente consiste en determinar el número de abonados con medición semi-indirecta (Transformador de corriente TC’s) instalados en el área de concesión, el segundo componente consta de la verificación del grado de precisión en la vida útil de los contadores de energía y el tercer componente ayudará a localizar los lugares con mayor influencia de hurto de energía. Con el propósito de recomendar cambio de conductores en redes de Baja Tensión (BT) por pre-ensamblados en los casos más graves o la respectiva sanción para los casos leves.

II. PÉRDIDAS NO TÉCNICAS EN SISTEMAS DE MEDICIÓN SEMI-INDIRECTA

La medición de Energía Eléctrica es un factor fundamental

en el ingreso económico y presupuesto de una Empresa Concesionaria, lo que exige que ésta sea eficaz y que vaya de la mano con la tecnología actual, lo cual amerita el estudio de los actuales equipos que intervienen en la medición semi-indirecta.

Para ello empezaremos describiendo que es una medición semi-indirecta y los componentes necesarios para realizar este tipo de medición.

A. Medición semi-indirecta MSI.

Es aquella que Registra el consumo de energía en forma indirecta, empleando un transformador de corriente conocido como TC’s y un contador indirecto.

Se consideran clientes con MSI, aquellos que tengan transformación propia hasta de o desde 75KVA, y que su carga refleja una corriente máxima de 200/5.

B. ¿Para qué sirve un Transformador de Corriente?

El Transformado de Corriente (TC) sirve o se emplea para

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tomar muestras de la línea y reducirla hasta un valor seguro que pueda ser medido por un instrumento, está formado por dos devanados: el primario con un pequeño número de espiras que se conecta en serie a la línea y el devanado secundario con un gran número de espiras que se conecta al circuito de carga.

C. Funcionamiento del Transformador de Corriente.

Técnicamente funciona elevando la tensión para que de esa manera poder reducir la corriente, el amperímetro se lo coloca a la salida del secundario en paralelo como se muestra en la Fig.1

Fig.1 Esquema de conexión del TC.

La corriente de carga depende del consumo primario y no del secundario a su vez la corriente secundaria es prácticamente independiente de los aparatos que constituyen la carga secundaria y está en relación constante inversa del número de espiras con la corriente que circula por el devanado primario, Si se altera la impedancia del circuito secundario varía la tensión entre las bornes de salida del transformador y proporcionalmente en relación con el número de espiras, también la caída de tensión entre los bornes del primario.

D. Características de funcionamiento de un Transformador de Corriente.

1) Corrientes nominales.- Las corrientes nominales primarias, están normalizadas entre 5A y 600A. La corriente nominal secundaria puede ser hasta 5A siendo la más común 1A.

2) Capacidad de Sobrecarga.- Los TC destinados a los sistemas eléctricos que pueden estar sometidos a eventuales cortocircuitos han de poder soportar los efectos debido a excesivas temperaturas y a los esfuerzos electrodinámicos por sobre intensidades y sobre tensiones de la red.

E. Tipos de transformadores de corriente.

1) Tipo devanado primario.-contiene más de una vuelta en el primario, los devanados primario y secundario están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, esta construcción permite mayor precisión para bajas relaciones.

Fig. 2 Transformador de Corriente Tipo Devanado Primario.

2) Tipo barra.- los devanados primarios y secundarios están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, el devanado primario consiste en un conductor tipo barra que pasa por la ventana de un núcleo.

Fig. 3 Transformador de Corriente Tipo Barra.

3) Tipo boquilla o Bushing.- el devanado secundario está completamente aislado y ensamblado permanentemente a un núcleo laminado. El conductor primario pasa a través del núcleo y actúa como devanado primario.

Fig. 4. Transformador de Corriente Tipo Boquilla o Bushing

F: Análisis Técnico-Económico

Las instalaciones para clientes especiales en BT con medición

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semi-indirecta. Para su análisis se delimitó con estaciones de transformación monofásica y trifásica hasta 75 KVA con la correspondiente corriente máxima de 200A, clientes que mantienen su sistema de medición con transformadores de corriente (medición indirecta) y que deberían cambiar por un sistema de medición directa.

De nuestro análisis se ha determinado que los transformadores de medida en las relaciones de: 100/5,150/5, 200/5 y 250/5 A, presentan un error positivo, en el orden del 0.95, 0.85, 0.67 y 0.58% respectivamente, es decir que registran un porcentaje de KWh a favor de la empresa distribuidora, mientras que a partir de la relación de 300/5 A presentan un error negativo, de -4,78% en el registro de energía.

En resumen, según la tabla adjunta, la CENTROSUR ha facturado de excedente por concepto de medición semi-indirecta un total de $10.766.00, que aplicando un trato justo se debería cambiar inmediatamente al sistema de medición directa

TABLA I

ANÁLISIS ECONÓMICO DEL SISTEMA DE MEDICIÓN INDIRECTA DE LA CENTROSUR

III. VARIACIÓN DE LA CLASE DE PRECISIÓN DE LOS MEDIDORES

A. Definiciones Generales

Para el presente análisis se ha tomado como prototipo los medidores de energía monofásicos tipo (1A), procediendo a clasificarlos por marca, año de fabricación, primera fecha de chequeo en laboratorio (inserción) y segunda fecha cuando se ha realizado mantenimiento (reinserción), como en las dos situaciones se tiene los errores porcentuales, los mismos que nos servirán para analizar la variación de la clase de precisión en diferentes lapsos de tiempo, por lo que primero debemos conocer la siguiente terminología.

1) Contador de Energía: Es el dispositivo o instrumento que nos permite medir el consumo de energía de un circuito eléctrico y expresarlo en KW/h.

También se define como el nexo de relación entre el abonado y la empresa distribuidora (medición/facturación).

2) Sistema de medición: “Son los componentes (aparatos) necesarios para la medición o registro de energía activa y reactiva, demandas máximas u otros parámetros involucrados

en el Servicio”. Estos parámetros pueden ser: la caja para salvaguardar el medidor, los instrumentos necesarios para la sujeción del medidor dentro de la misma, protecciones de las líneas de la acometida y dentro del medidor, los equipos de protección, los transformadores de medida y equipos de control horario.

3) Punto de Entrega: el punto de entrega son los bornes del medidor donde se coloca la carga, en los sistemas de medición directa y la bobina del lado secundario del transformador de corriente en los sistemas de medición semi-indirecta o indirecta, sin importar donde estén ubicados los transformadores de tensión.

B. Clase de precisión

Son todoslos límites de error porcentual admisibles, para todos los valores de la corriente en los contadores de energía activa entre el 10% de Ib e Imax cosɸ=1;Según las normas ICONTEC 2288, 2148 e IEC 521, 145 los contadores de inducción se dividen en cuatro clases de precisión: 0.5, 1,2 y 3.

1) Clase de precisión 0.5: Incluye los contadores para medir la energía activa en mayores cantidades como de los centros energéticos.

2) Clase de precisión 1: Incluye los contadores polifásicos para medir consumos de grandes clientes comerciales e industriales.

3) Clase de precisión 2: Es la básica e incluye los contadores monofásicos y polifásicos para medir los consumos de clientes masivos.

4) Clase de precisión 3: Incluye los contadores que registran la energía reactiva.

C. Elementos constitutivos de un contador de Energía tipo Monofásico.

Fig.5.Elementos del Medidor

1.- Bobina de tensión (Elemento motriz)2.- Bobina de intensidad (Elemento motriz)3.- Imán de frenado (Elemento de freno)4.- Tornillo de regulación gruesa (Dispositivos de ajuste)5.- Abrazadera (Elemento motriz)6.- Bloqueo de marcha inversa (Rotor con cojinetes)7.- Ángulo de marcha inversa (Rotor con cojinetes)8.- Tornillo para regulación fina. (Dispositivos de ajuste)

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Como los contadores monofásicos del tipo 1A son los que en mayor cantidad existen en el área de concesión, se ha elegido para nuestro análisis técnico económico como contador tipo; para ello se presenta una breve descripción de sus principales componentes:

1) Elemento motriz.- está compuesto de dos núcleos de láminas de acero, uno con la bobina de tensión y otro con la bobina de corriente.

2) Elemento de freno.-, está compuesto de uno ó más imanes fijados por un soporte en el bastidor.

3) Rotor con cojinetes.- forman la parte básica para el movimiento del sinfin que impulsa al integrador también posee una lengüeta anti retroceso.

4) Los dispositivos de ajuste.-estos dispositivos sirven para calibrar un contador en los límites de errores permitidos. Estos dispositivos operan con flujos magnéticos para producir su efecto. A este dispositivo se aplica pruebas de laboratorio con carga alta, carga baja, carga inductiva y ajuste de equilibrio de momentos motrices.

5) El integrador.- (registrador) está acoplado con el sinfin del rotor e integra revoluciones del disco con un numerador decimal.

6) La carcasa con el bloque de terminales.- protege el mecanismo del contador contra intemperie y de manipulaciones ilícitas.

D. Variación de la clase precisión en los contadores.

Los equipos de medición que la Centro Sur instala, son de clase de precisión 2 para la tecnología electromecánica; 1, 0.2 y 0.5. Para la tecnología electrónica e hibrida; siendo los de clase 2 los instalados en mayor cantidad, los mismos que por su naturaleza de construcción son objeto de desgaste y deterioro en su vida útil, ocasionando un margen de error fuera de lo permitido que oscila entre +/- 2%.

El normal funcionamiento se ve afectado por distintos factores tales como el rozamiento, la fricción, la filtración de polvo, la manipulación incorrecta, etc.

E. Cantidad de medidores instalados.

Para el año 2002 se detalla a continuación en la Tabla II:

TABLA II

MEDIDORES INSTALADOS EN EL AÑO 2002

2002TIPO MARCA INSTALADOS

1A ABB 10

1A FAE 11528

1A KRIZIK-CONTELEC 2061

TOTAL 13599

Para el año 2003 se detalla a continuación en la Tabla III:

TABLA III.



1A ABB 31

1A AEM 119

1A FAE 20852

1A NANSEN 6779

TOTAL 27781

Para el año 2004 se detalla a continuación en la Tabla IV:

TABLA IV



1A AEM 13095

1A FAE 17199

1A NANSEN 86

TOTAL 30380

Para el año 2005 se detalla a continuación en la Tabla V:

TABLA V



1A AEM 30858

1A FAE 1004

1A HEXING 93

1A NANSEN 114

TOTAL 32069

Para el año 2006 se detalla a continuación en la Tabla VI:

TABLA VI



1A AEM 147

TOTAL 147

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Para el año 2007 se detalla a continuación en la Tabla VII:

TABLA VII



1A ABB 48

1A AEM 2858

1A FAE 3695

1A NANSEN 62

1A STAR 12872

1A SUNRISE 4074

TOTAL 23609

Para el año 2008 se detalla a continuación en la Tabla VIII:

TABLA VIII.



1A ABB 11

1A AEM 429

1A FAE 968

1A NANSEN 3

1A STAR 6245

1A SUNRISE 19295

TOTAL 26951

Para el año 2009 se detalla a continuación en la Tabla IX:

TABLA IX.



1A AEG 1

1A AEM 825

1A FAE 837

1A STAR 382

1A SUNRISE 23849

TOTAL 25894

Para el año 2010 se detalla a continuación en la Tabla IX:

TABLA X.



1A AEG 1

1A AEM 862

1A FAE 1089

1A INTECH 7

1A STAR 637

1A SUNRISE 52081

TOTAL 54677

Para el año 2010 se detalla a continuación en la Tabla XI:

TABLA XI



1A INTECH 21257

1A STAR 41

1A SUNRISE 716

TOTAL 22014

F. Obtención de las gráficas de la variación de la clase de precisión.

Después de haber clasificado los medidores de acuerdo a su marca y años de uso comparamos las lecturas del error de inserción con las del error de reinserción de los medidores de muestra, obteniendo un porcentaje de variación con la siguiente formula:

(1)

Donde:

∆ = Porcentaje de variación

a = Valor inicial

b = Valor final

Con el resultado obtenido del porcentaje de variación, se procede a calcular el promedio de las variaciones de los medidores año tras año según su marca, una vez obtenido los valores se realizó un cálculo estadístico con regresiones para obtener la proyección a 4 y 5 años.

Esta metodología se la aplicó tanto para los medidores Marca Sunrise como para los medidores Marca Star.

1) Proyección de la variación de la clase de los medidores Sunrise.

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TABLA XII

PROYECCIÓN EN MEDIDORES SUNRISE

PERIODO EN AÑOS

# MEDID INSTAL Δ% clase

1 716 30.0547109

2 52081 104.798201

3 23849 54.9802503

4 2493 81.2566979

5 4074 80.1666102

Fig. 6. Variación de la clase en medidores Sunrise

2) Proyección de la variación de la clase de los medidores Star.

TABLA XIII

PROYECCIONES EN MEDIDORES STAR

PERIODO EN AÑOS

# MEDID INSTAL Δ% clase

1 41 40.2821372

2 637 104.080409

3 382 45.5129209

4 0 27.2406711

5 128 40.3007108

Fig. 7. Variación de la clase en medidores Star.

IV. HURTO DE ENERGÍA

El medidor de energía eléctrica es un instrumento que registra la energía utilizada en KW/h, como medida de seguridad se coloca un candado plástico con una numeración la misma que permite llevar un registro del medidor y todas las modificaciones del mismo al instalarlo en la localidad del abonado.

El hurto de energía se da cuando existe cualquier desviación de energía eléctrica antes del sistema de medición o cualquier violación del sello o candado de seguridad dentro del medidor, puesto que la energía ya no es medida y por ende ya no es facturada, pueden darse distintos tipos de hurtos de energía entre los que podemos citar:

A. En redes de Baja Tensión

1) Hurtos evidentes.-Son aquellas conexiones que se las realiza en las líneas de baja tensión (postes) o a su vez, perforando los conductores de la acometida, evitando ser registrados por el medidor; pudiendo darse de tipo: Fija con empalmes o Removible con pinzas.

2) Hurtos ocultos.-Son aquellas conexiones que se realizan de una manera ingeniosa, para evitar el registro en el medidor, sea en redes aéreas o subterráneas, en lugares donde difícilmente pueden ser observadas.

B. En los Socket del Medidor

1) Hurto evidentes.-Son conexiones que alteran el normal registro de los medidores, se realizan puentes entre los terminales de entrada y los terminales de salida del medidor, estos tipos de violaciones son fácilmente detectables, con una simple inspección visual, ya que en la mayoría de los casos el candado de seguridad se encuentra roto o éste desaparece.

2) Hurtos Ocultos.-Estas alteran el registro de los medidores realizando puentes entre los terminales de entrada y salida, en la parte posterior de la base de socket, estas pueden ser difíciles de detectar, ya que los puentes se encuentran escondidos, con el tiempo se los puede detectar observando la variación de consumo normal o promedio del cliente.

C. Cambio de Polaridad de las Entradas del Medidor

Consiste en convertir la entrada en salida y viceversa, ocasionando que le contador del medidor retroceda, este método es utilizado solamente los fines de semana, cuando no labora el personal de Registro de la Medición.

D. Frenado del Disco del Medidor

Este se da en los medidores electromecánicos de dos maneras: Violentando el candando de seguridad, retirando la tapa plástica y extrayendo el disco o haciendo diminutas perforaciones en la parte inferior de la tapa plástica, para introducir un cable para frenarlo. Estas dos maneras pueden ser detectables puesto que el disco presenta rayones.

Se debe recalcar que la mayoría de las perdidas por hurto de energía, registradas en la CENTROSUR, se dan en redes de BT aéreas y subterráneas, especialmente en zonas de construcciones civiles.

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E. Resultados encontrados por el departamento de control de la medición de la CENTROSUR S.A.

Tabulando la base de datos de reliquidaciones por hurto de energía que el departamento mantiene desde 01/01/2002 al 31/12/2011, se ha determinado todos los hurtos encontrados por el personal técnico del área.

Aplicando la metodología analítica-investigativa en esta base de datos proporcionada, definimos los diferentes tipos de infracciones, en la siguiente tabla porcentual de causas más recurrentes:

TABLA XIV

TIPOS DE HURTOS ENCONTRADOS

TIPOS DE HURTO DE ENERGÍA

TIPODE

HURTO %Alteración del medidor 23 4,63Colocación en posición del medidor 8 1,62Daño de Acometida 3 0,75Daño de disco 1 0,20Daño de registrador 1 0,20Desconexión de alimentación 3 0,75Desconexión de señales de transformación 1 0,20Destrucción del medidor 3 0,75Líneas directas desde acometidas 183 36,80Líneas directas desde borneras 20 4,02Líneas directas desde redes 19 3,82Manipulación de cojinetes 82 16,80Manipulación de registrador 2 0,60Manipulación en regulaciones 15 3,02Perforación en carcasa 5 1,06Puentes en bobinas de corriente 61 12,30Puentes en TC’s 61 12,30Otros 1 0,20TOTAL DE CAUSAS 492 100,02

F. Determinación de hurtos de energía por área geográfica

Como el objetivo principal de esta componente de análisis es determinar los sectores donde se dan los mayores hurtos de energía del área de concesión de la CENTROSURC.A, que comprende Azuay, Cañar y Morona Santiago; pero, para ello debemos conocer como es la configuración geográfica para la distribución y comercialización del servicio eléctrico.

Del mismo cuadro de Reliquidaciones de la información proporcionada, se determinó que está configurado de la siguiente manera tal como se indica en la Figura 8.

Fig. 8 Esquema de Clasificación por Sectores para determinar Hurto de Energía

Posteriormente se ha cuantificado los hurtos de energía tomando en cuenta los diversos sectores, aplicando la metodología de muestreo en el cantón Cuenca por ser de mayor densidad poblacional y es en donde la empresa eléctrica planifica un mayor control a corto plazo. En la siguiente tabla de resumen se puede persuadir con certeza cuál es el sector con mayor incidencia de hurto los pobladores incurren

TABLA XV SECTORES CON MAYOR INCIDENCIA DE HURTOS

V. CONCLUSIONES

Después de haber procesado toda la información se puede concluir:

Que los sistemas de medición con transformadores de medida de hasta 250/5A presentan un error positivo en el registro de energía significando un exceso en la facturación al abonado,

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por lo que se recomienda a la CENTROSUR a través del DEPARTAMENTO DE CONTROL DE LA MEDICIÓN, tomar acciones inmediatas de remplazo por un sistema medición directa CLASE 200, ya que si existe en el mercado.

Exigir a los profesionales del sector eléctrico, que los estudios eléctricos de sus clientes se presenten lo más ajustado a la realidad de sus cargas a instalar, y que exista un control por la Empresa de Distribución para determinar si justifica o no la carga instalada; debido a que al presentar demandas de diseño sobredimensionadas, ocasionará que presente un error negativo perjudicial para la empresa concesionaria del área de distribución.

Ratificar la normativa que indica que para las estaciones de transformación hasta 75KVA se destinen sistemas de medición Clase 100 ó Clase 200 según sea el caso ya que su comportamiento en el transcurso del tiempo es mejor.

El estudio de la variación de la clase de precisión se lo realizo con los medidores electrónicos, ya que en estos no es posible re-calibración o manipulación en el momento de dar mantenimiento, caso que no ocurre con los medidores electromecánicos por lo que fueron descartados de nuestro estudio. En los medidores electrónicos observamos un comportamiento similar, a los 2 años de ser instalados elevan su clase de precisión considerablemente para luego empezar a decaer y continuar con ciertas oscilaciones sin alejarse demasiado del rango permitido.

En el hurto de energía la causa más frecuente es la conexión de líneas directas desde las acometidas, y la segunda forma de hurto más común es la manipulación de las partes internas del contador, alterando su funcionamiento correcto.

RECONOCIMIENTOS

Un agradecimiento sincero al Departamento de Control de la Medición en la persona del Ing. Xavier Gutiérrez, Jefe (E) del Departamento por brindarnos su apoyo para la obtención de datos de la EERCS y su guía constante durante el desarrollo de la presente investigación.

VI. REFERENCIAS

[1] Edgar Chérrez Ávila (2010) NORMALIZACIÓN DEL USO DE EQUIPOS DE MEDICIÓN, ANÁLISIS TÉCNICO ECONÓMICO CENTROSUR

[2] Alberto Tama Franco (2006) EXPERIENCIAS Y METODOLOGÍAS POR PARTE DE LA EMPRESA ELÉCTRICA DEL ECUADOR INC. EN LA REDUCCIÓN Y CONTROL DE LAS PERDIDAS DE ENERGÍAFIEC-ESPOL

[3] Vladimir Klautovsky (1989) MANUAL DE CONTADORES DE ENERGÍAELÉCTRICA TIPO INDUCCIÓNKRIZIK

[4] Marco Toledo Orozco, Carlos Guamán Seminario (2006) DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA POR ARMÓNICOS EN CONTADORES DE INDUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA UPS

[5] Heriberto Idrovo Álvarez DIAGNOSTICO TÉCNICO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN CORRESPONDIENTE A DICIEMBRE DEL (2011) CENTROSUR.

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Recategorización de clientes para el correcto dimensionamiento de redes de distribución

Santiago MOSCOSO, Darío CHICA, Daniela BUESTÁN, Jhony CARBAY, Carlos GARCÍA, Luis PÉREZ, Juan GUACHICHULCA


[email protected]

Abstract-The purpose of this research is to verify whether the projected peak demands unit as established in the categorizing tables of urban customers of “EMPRESA ELÉCTRICA REGIONAL CENTRO SUR” remain valid today, since the consumption habits of users have changed over time, all with the intention of establishing a new mathematical model to properly size the distribution networks with all its components (transformers, drivers, guards, etc.).

In this paper, we have considered a sample of four three-phase transformers of various urban sectors of Canton Cuenca to be the object of study; also we have reviewed and statistically analyzed the records of consumption over the past three years of the 267 subscribers who get the supply electric power of these processing stations.

Resumen-El propósito de la presente investigación es verificar si las demandas máximas unitarias proyectadas de acuerdo a lo establecido en las tablas de categorización de clientes urbanos de la EMPRESA ELÉCTRICA REGIONAL CENTRO SUR C.A., mantienen su validez en la actualidad, dado que las costumbres de consumo de los usuarios han cambiado en el transcurso del tiempo, todo ello con la intención de establecer un nuevo modelo matemático que permita dimensionar correctamente las redes de distribución con todos sus componentes (transformadores, conductores, protecciones, etc.).

En este artículo, se ha considerado una muestra de cuatro transformadores trifásicos de diversos sectores urbanos del Cantón Cuenca que serán el objeto de estudio, además se revisaron y analizaron estadísticamente los historiales de consumo de los últimos tres años de los 267 abonados que obtienen el suministro de energía eléctrica de estas estaciones de transformación.

Palabras clave: Distribución, Demanda, Transformadores, Consumo, Abonado.

I. INTRODUCCIÓN

La EMPRESA ELÉCTRICA REGIONAL CENTRO SUR C.A., desde el año 2004 normalizó tablas de Demandas Máximas Unitarias Proyectadas en base a estudios técnicos, que permiten categorizar a los clientes urbanos según sus características de consumo de acuerdo a ese período, las cuales son utilizadas por profesionales de la rama para dimensionar estaciones de transformación y redes eléctricas secundarias que proveen de servicio de energía eléctrica a los clientes urbanos. La investigación determinará si los valores de demandas asignadas a cada una de las categorías de los abonados mantienen su validez, ya que, por un lado la eficiencia energética de los electrodomésticos que se expenden es mucho mayor que años atrás tal es el caso que una televisión normal tiene un consumo de 195W mientras que un televisor LCD oscila en el rango de 60W a 100W, la masificación de calentadores de gas o solares para el agua, remplazando a las ducha de niquelina y calentadores eléctricos, agregando a ello la existencia de programas públicos que motivan a la ciudadanía al uso racional de energía eléctrica, las campañas para el remplazo de lámparas incandescentes por focos ahorradores, y en estos días la implementación del Plan Renova cuyo objetivo es el remplazo de refrigeradoras de uso doméstico ineficiente por equipos nuevos y eficientes, que permitirán reducir la demanda de energía y de potencia eléctrica

en el país; en contraparte la vida moderna nos trae muchas cosas positivas: alta tendencia a la comunicación globalizada y a la compartición de la información, nueva y mejor tecnología, que facilitan y mejoran nuestra calidad de vida; toda esta tecnología se ha ido implementando poca a poco en nuestra sociedad incrementando el requerimiento de potencia eléctrica de las redes de distribución.

Con todo lo antes mencionado nos surge la pregunta: ¿tiene validez los valores de demandas máximas unitarias proyectadas para clientes urbanos del cantón Cuenca en la actualidad? Para solventar la interrogante, se realizó una muestra aleatoria de cuatro transformadores trifásicos ubicados en los sectores de: Barrial Blanco, Totoracocha, Eucaliptos y Puertas de Sol con una potencia de: 50KVA, 75KVA, 50KVA y 75KVA, respectivamente, realizando el análisis de las redes de distribución existentes para luego modelar los historiales de consumo de los últimos 3 años, con el propósito de que los resultados nos permitan generar una tabla de categorización de demandas congruentes con la realidad para un correcto dimensionamiento y funcionamiento de las redes de distribución.

II. IMPORTANCIA

La Red de Distribución de la Energía Eléctrica o Sistema

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de Distribución de Energía Eléctrica es la parte del Sistema Eléctrico de Potencia (S.E.P.), cuya función es el suministro de energía desde la subestación de distribución hasta los usuarios finales (contador de energía del cliente),

El cantón Cuenca que pertenece a la provincia del Azuay, está dentro del área de concesión de la Empresa Eléctrica Regional Centro Sur que es la encargada de regular distribuir y administrar la energía eléctrica en la Provincia, esta ha establecido parámetros para el diseño de las redes de distribución de media y baja tensión, considerando aspectos como: ubicación, área promedio de lotes en m2, estimaciones de su demanda para periodos de 10 y 15 años, tipo de alumbrado público y calibre del conductor. El diseño de un sistema de distribución es una tarea compleja que requiere el planteamiento de un modelo matemático donde se conoce cierta información como: demanda en los respectivos centros de carga, descripción de los conductores, ubicación de la subestación, ubicación geográfica de los predios y la tensión nominal en media y baja tensión.

La empresa proveedora del servicio suministro de energía eléctrica debe proporcionar el servicio de electricidad satisfaciendo las necesidades de todos los clientes sin dejar de lado el cumplimiento de los estándares de calidad entendiéndose por ello los siguientes aspectos:

• CalidaddelProducto:o Nivel de voltajeo Perturbaciones de voltajeo Factor de Potencia

• CalidaddelServicioTécnico:o Frecuencia de Interrupcioneso Duración de Interrupciones

• CalidaddelServicioComercial:o Atención de Solicitudeso Atención de Reclamoso Errores en Medición y Facturación

Todos estos antecedentes se toman en cuenta ya que ayudaran a dimensionar adecuadamente el tamaño de las líneas eléctricas, transformadores, subestaciones y otros equipos, para proporcionar el servicio de suministro de energía eléctrica que demande en un momento determinado, independientemente de que se necesite esa cantidad durante un periodo único de 15 minutos o durante períodos más extensos de varios meses.

La demanda determinará la inversión que la empresa proveedora debe realizar para suministrar electricidad de manera efectiva. Tal inversión se recupera asignando cargos por demanda de acuerdo al consumo de cada cliente.

III. DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA DE

DISTRIBUCIÓN

Fig 1.Esquema de un sistema de distribución

A. Subestaciones principales.

Es el conjunto de barras, transformadores, interruptores, equipos de control, equipos de medición y protección; que reciben la potencia y energía eléctrica desde el Sistema de Generación a través del Sistema de Transmisión y lo distribuyen al Sistema de subtransmisión, generalmente disminuyendo la tensión.

B. Líneas de subtransmisión.

Son aquellas que salen de las Subestaciones Principales y transportan la potencia y energía eléctrica hasta la Subestaciones de Distribución, estas toman energía de las líneas de transmisión y entregan a las subestaciones a lo largo de sus rutas. Algunas veces existen 2 líneas de subtransmisión entre subestaciones mejorando la confiabilidad del sistema.

C. Subestaciones de Distribución.

Reciben la potencia y energía de las líneas de subtransmisión y la reparte a lo largo de los alimentadores primarios, disminuyendo generalmente la tensión. Las subestaciones de distribución son el punto de unión entre Transmisión y Distribución.

Estas ocupan una pequeña área de terreno y contienen equipamiento de alta y baja tensión, barras, interruptores, equipo de medición, casa de control.

D. Alimentadores primarios.

Son líneas de media tensión que transportan la potencia y energía eléctrica desde la Subestación de Distribución hasta cada una de las Estaciones de Transformación y Acometidas de Media Tensión.

Los alimentadores primarios pueden ser:

• Aéreos(montadosenpostes)• Subterráneos(montadosenductos)

La distribución se da entre 2MVA hasta 30MVA, dependiendo del tamaño del conductor y el nivel de tensión

E. Ramales de alimentador.

Los ramales de un alimentador son aquellas que se derivan de la troncal primaria y son generalmente monofásicas o bifásicas; estas ramificaciones son las que sirven normalmente al cliente.

Un ramal de alimentador puede manejar una potencia entre 10KVA hasta 2MVA; los ramales se toman de fases alternadamente con el fin de balancear el sistema.

F. Estaciones de transformación.

Son las encargadas de transformar la potencia y la energía eléctrica recibida desde los Alimentadores Primarios o de los ramales de estos a una tensión directamente utilizable para las cargas comunes y suministrar a las Redes Secundarias.

Estas bajan la tensión de valor primario a valor secundario entre rangos comprendidos de 120V – 127V y 220V - 240V, dependiendo del tipo de configuración y conexión. En sistemas aéreos las estaciones de transformación van desde los 5KVA a 166KVA. Luego de la estación, la energía es entregada al cliente a través de la red secundaria. Estas están dimensionadas en función de los requerimientos de demanda de potencia eléctrica de una determinada zona geográfica.

- 37 -

G. Acometidas de Media Tensión.

Son derivaciones que se realizan de los Alimentadores Primarios hacia un cliente o un grupo de clientes que utiliza cargas elevadas con tensiones comprendidas en el rango de 6,3KV hasta 22 KV.

H. Redes Secundarias.

Son las líneas de baja tensión que distribuyen a los clientes y al alumbrado público la potencia y energía que reciben de las Estaciones de Transformación con tensiones comprendidos entre los rangos de 120V – 127V y 220V - 240V.

I. Alumbrado público.

El servicio público consistente en la iluminación de las vías públicas, parques públicos, y demás espacios de libre circulación que no se encuentren a cargo de ninguna persona natural o jurídica de derecho privado o público, el objetivo es proporcionar la visibilidad adecuada para el normal desarrollo de las actividades, para esto se emplean lámparas de tecnología SAP (Lámpara de vapor de sodio de alta presión). Pero los más utilizados en la actualidad son lámparas fluorescencia y LED. Cada punto de luz puede contar con una o más luminarias. Los puntos de luz se conectan a las salidas de un centro de mando que es alimentado a su vez por una acometida.

Fig. 2 Alumbrado público vial

Es un componente primordial de un sistema de distribución en la actualidad ya que tiene como objetivos: otorgar seguridad al conductor, proporcionar seguridad al peatón y a la población en general, además de promover el mejor ambiente nocturno posible, mejorar la imagen de la población y proporcionar un tipo de luz que no lastime o dañe la vista; agregando a los objetivos antes mencionados es un indicador para verificar el progreso y desarrollo de las comunidades en los aspectos cívico, turístico y comercial.

Vale recalcar que las tensiones usadas por la CENTRO SUR C.A. que es la empresa concesionaria del área que es objeto de estudio son:

• Entransmisión:138KV,230KV• EnSubtransmisión:69KV,22KV,• EnalimentadoresPrimarios:(13,8KV),(22KV)• Enredessecundarias(127V),(220V)

IV. FACTORES A CONSIDERAR PARA EL

DIMENSIONAMIENTO DE ESTACIONES DE

TRANSFORMACIÓN

Es pertinente mencionar en primera instancia la diferencia entre Demanda y Consumo, la primera hace referencia a la cantidad de energía que se necesita en un momento determinado y se mide en kilovatios (KW), mientras que el consumo es la cantidad de energía que se utiliza durante un período de tiempo determinado y se mide en kilovatio-hora (KWh).

Para la determinación de la capacidad de las estaciones de transformación o centros de carga se tienen que tomar en consideración algunos factores como:

• Las demandas máximas de los consumidores, el factor de diversidad que hace relación a la coincidencia de consumo de los clientes que obtienen el servicio eléctrico de la estación de transformación y el factor de sobre carga

Por otra parte las demandas máximas unitarias proyectadas dependerán de otros factores como: área promedio del lote o terreno que los categoriza en distintos grupos.

V. PROCEDIMIENTOS DE CÁLCULO PARA

EL DIMENSIONAMIENTOS DE ESTACIONES

DE TRANSFORMACIÓN DE ACUERDO A LOS

LINEAMIENTOS DE LA CENTRO SUR C.A.

La empresa eléctrica Centro Sur C.A., ha establecido tablas de las demandas máximas unitarias proyectadas tomando en consideración el área promedio de los lotes de terreno para periodos de 10 y 15 años tanto como para el sector urbano y rural; como lo muestra la tabla I y II. Los valores descritos en estas tablas aun permanecen en vigencia al igual que modelo matemático propuesto por la Centro Sur C.A., para el dimensionamiento de transformadores.

TABLA I DEMANDAS MÁXIMAS UNITARIAS PROYECTADAS

URBANASÁrea Promedio de

lotes (m²)Abonado

TipoDmup (KVA)

10 añosDmup (KVA)

15 añosA > 400 A 7,47 7,99

300 < A > 400 B 3,93 4,29200 < A > 300 C 2,23 2,48100 < A > 200 D 1,36 1,55

A < 100 E 0,94 1,09

TABLA II DEMANDAS MÁXIMAS UNITARIAS PROYECTADAS

RURALES

Sector Abonado Tipo

Dmup (KVA) 10 años

Dmup (KVA) 15 años

Periferia Ciudad F 1,02 1,16Centro Parroquial G 0,84 0,98

Rural H 0,65 0,76

Teniendo en cuenta los factores antes mencionados de acuerdo a la CENTRO SUR C.A. para determinar la Demanda Eléctrica

- 38 -

de un sector de población se debe aplicar el siguiente proceso de cálculo:

A. Cálculo de la demanda máxima en el punto dado:

DMp = DMUp x N x F [KVA] (1) DMp = DMUp x N x N^-0.0944 [KVA] (2)

En donde: DMUp= Demanda máxima unitaria proyectada N = Número de Abonados F = Factor de coincidencia ðN-0.0944 DMp= Demanda máxima en el punto dado

B. Dimensionamiento de un transformador de distribución:

(MT/BT): D = DMp + A + Ce (3) En donde: D = Demanda de diseño (KVA) A = Carga de alumbrado público (KVA) Ce = Cargas especiales (puntuales) (KVA)

C. Factores por concepto de sobrecarga de los transformadores:

Para determinar la demanda de los transformadores se debe considerar los valores de demanda de diseño (D) y el factor de sobrecarga (Fc), por lo cual se deberá aplicar la siguiente relación:

DT= D*Fc (4)

En donde: DT = Demanda del transformador D = Demanda de diseño (KVA) Fc = Factor por concepto de sobrecarga

Los factores de sobrecarga de los transformadores dependerán del tipo de cliente; tal como se indica en la tabla III.

TABLA III

FACTOR DE SOBRECARGA DE LOS TRANSFORMADORES

Categoría FactorA 0,9

B y C 0,8D....H 0,7

V. METODOLOGÍA PARA EL

DIMENSIONAMIENTO DE LAS REDES DE

DISTRIBUCIÓN

Se realizó un muestreo de cuatro transformadores de distintos sectores urbanos del Cantón Cuenca entre ellos están: el transformador trifásico numero 4527 sector Totoracocha, transformador trifásico número13337 sector Eucaliptos, transformador trifásico 5898 sector Puertas del Sol, transformador trifásico 6387 sector Barrial Blanco.

En cada uno de ellos se elaboró una tabla con datos

informativos, levantamientos de información de campo, cálculo para determinar el tipo de cliente tomando de manera aleatoria seis lotes sumando el área total y dividiendo para seis, estableciendo el tipo de abonado que se deberá utilizar para el cálculo de caídas de tensión, el cálculo para determinar la potencia del transformador, el diagrama unifilar que permitirá evaluar las caídas de tensión (máximas y acumuladas), y mediante datos obtenidos de la Dirección de Comercialización de la CENTRO SUR C.A, se evaluó de tal manera que permita analizar detalladamente los valores de forma individual y colectiva de cada uno de los abonados correspondientes al periodo 2009, 2010, 2011, y los cinco primeros meses del año 2012, dando un total de 41 meses a muestrear, obteniendo así los consumos mensuales y los consumos por año de cada uno de los transformadores estudiados.

También se obtuvo la demanda máxima real que se presentó en el periodo de los doce meses en todos los años evaluados, así podemos obtener el promedio de demanda máxima que se presentó en el lapso de tiempo que es motivo de estudio, al obtener las demandas máximas podemos realizar un cálculo del porcentaje de crecimiento que se viene presentando en cada una de los transformadores, la diferencia de las demandas máximas consumidas del año actual al año anterior, esta diferencia obtenida la podemos expresar en forma de un porcentaje ya sea de incremento o decremento, este porcentaje es obtenido en base al año actual de estudio, después de haberlo realizado para todos los años en los que tenemos información, encontramos un promedio que nos servirá para proyectar el crecimiento de demanda a futuro, esta metodología se encuentra realizada en todos las estaciones de transformación que comprenden nuestro estudio, además se establecen las gráficas de crecimiento por año permitiéndonos pronosticar las demandas futuras, la gráfica general de los 41 meses que comprenden nuestro estudio nos demuestran que existe un crecimiento de la demanda en algunos casos de una manera muy marcada mientras que otras con una menor pendiente de incremento, esto se da ya que los sectores en donde se encuentran sirviendo los transformadores son zonas muy diversas tanto en áreas de los terrenos así como en el poder adquisitivo y costumbres de consumo de sus habitantes.

A. Transformador No.4527 sector Totoracocha.TABLA IV

CÁLCULO PARA DETERMINAR EL TIPO DE CLIENTE DEL TRANSFORMADOR No. 4527

TABLA VDATOS INFORMATIVOS DEL TRANSFORMADOR No. 4527

SECTOR: Totoracocha

CANTÓN: Cuenca

PROVINCIA : Azuay

- 39 -

Cliente tipo: D

Alimentador: 0325

Número de transformadores: 1

Potencia Total [KVA] : 75

Número de clientes Actuales: 52

Distancia en Km.: 6

Factor Distancia: 1,0150

Luminarias Sodio 150W: 9

Realizando el procedimiento de calculo de la Potencia del Transformador No. 4527 resulta:

D = DMp + A + CE

D = 57,70253155 KVA

D = 40,39177209 KVA

Fig. 3 Diagrama unifilar transformador 4527.

TABLA VICÁLCULOS DE CAÍDAS DE TENSIÓN DEL TRANSFORMADOR

4527

Para determinar el factor de crecimiento de cada una de las estaciones de transformación se utilizó el siguiente procedimiento:

ΔV = Ai – Af (5)

En donde:

ΔV = Variación Anual Ai = Año Inicial Af = Año final %ΔV = (Ai * 100) / ΔV (6)

En donde: %ΔV = Porcentaje de Variación Ai = Año Inicial ΔV = Variación Anual

PDmax = (7)

En donde:

PDmax = Promedio de Demandas Máximas DmaA = Demandas Máximas Anuales n = Número de muestras

Después de realizar el proceso de cálculo descrito, se obtienen las siguientes gráficas de consumo para cada una de las estaciones de transformación.

Fig. 4 Curvas de consumo del Transformador No. 4527 del Año 2012.


- 40 -



TABLA VIIDEMANDAS MÁXIMAS EXISTENTES Y PROYECTADAS DEL

TRANSFORMADOR No. 4527

TABLA DE DEMANDAS MÁXIMAS PROYECTADAS

2016 2015 2014 2013

8530 8443 8356 8271

TABLA DE DEMANDAS MÁXIMAS EXISTENTES

2012 2011 2010 2009

8186 8013 8093 7932 DEMANDAS MÁXIMAS

173 -80 161 0 VARIACIÓN ANUAL2,1134 -0,9984 1,9894 0,0000 % DE VARIACIÓN

1,0348 PROMEDIO DE DEMANDAS MÁXIMAS

0,0103 VALOR PORCENTUAL

1,0103 FACTOR DE CRECIMIENTO

Fig. 8 Demandas máximas existentes y proyectadas del Transformador No. 4527 del Año 2012.

B. Transformador No.13337 sector Eucaliptos

TABLA VIIICÁLCULO PARA DETERMINAR EL TIPO DE CLIENTE DEL

TRANSFORMADOR No. 13337.

TABLA IXDATOS INFORMATIVOS DEL TRANSFORMADOR No.13337

SECTOR: EucaliptosCANTÓN: Cuenca

PROVINCIA : Azuay

Cliente tipo: D

Alimentador: 0322




Distancia en Km.: 6



Realizando el procedimiento de calculo de la Potencia del Transformador No.13337 resulta:

D = DMp + A + CED = 76,67579531 KVAD = 61,34063625 KVA

- 41 -

Fig. 9 Diagrama unifilar transformador No.13337.

TABLA XCÁLCULOS DE CAÍDAS DE TENSIÓN DEL TRANSFORMADOR

No. 13337




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Fig. 13 Curvas de consumo del Transformador No.13337 del Año 2009.

TABLA XIDEMANDAS MÁXIMAS EXISTENTES Y PROYECTADAS DEL

TRANSFORMADOR No.13337


2016 2015 2014 201312358,04 12219,73 12082,96 11947,72


2012 2011 2010 2009

11814 11064 10690 11367 DEMANDAS MÁXIMAS

750,0000 374,0000 -677,0000 0 VARIACIÓN ANUAL

6,3484 3,3803 -6,3330 0 % DE VARIACIÓN




Fig. 14 Demandas máximas existentes, proyectadas del transformador No. 13337

C. Transformador 5898 de Puertas del Sol.

TABLA XIICÁLCULO PARA DETERMINAR EL TIPO DE CLIENTE DEL


TABLA XIIIDATOS INFORMATIVOS DEL TRANSFORMADOR 5898

SECTOR: Puestas del Sol

CANTÓN: Cuenca

PROVINCIA : Azuay

Cliente tipo: D

Alimentador: 0522



Número de clientes Actuales: 45Distancia en Km.: 6Factor Distancia: 1,0150



D = DMp + A + CE

D = 69,7469915 KVAD = 55,7975932 KVA

Fig. 15 Diagrama unifilar del transformador No. 5898.

- 43 -

TABLA XIV

CÁLCULOS DE CAÍDAS DE TENSIÓN DEL TRANSFORMADOR 5898





- 44 -

TABLA XVDEMANDAS MÁXIMAS, EXISTENTES PROYECTADAS DEL



2016 2015 2014 2013

20955,21 20655,538 20360,155 20068,99


2012 2011 2010 2009

19782,00 18721,00 19117,00 20570,00 DEMANDAS MÁXIMAS

1061,00 -396,00 -1453,00 0,00 VARIACIÓN ANUAL

5,36 -2,12 -7,60 0,00 % DE VARIACIÓN




Fig. 20 Demandas máximas existentes y proyectadas del Transformador No. 5898.

D. Transformador No.6387 Barrial Blanco.

TABLA XVICÁLCULO PARA DETERMINAR EL TIPO DE CLIENTE DEL

TRANSFORMADOR 6387

TABLA XVIIDATOS INFORMATIVOS DEL TRANSFORMADOR No.6387.

SECTOR: Barrial Blanco

CANTÓN: Cuenca

PROVINCIA : Azuay

Cliente tipo: D

Alimentador: 04422




Distancia en Km.: 6




D = DMp + A + CED = 63,43908716 KVA

D = 50,75126973 KVA

Fig. 21 Diagrama unifilar transformador No. 6387.

- 45 -

TABLA XVIII

CÁLCULOS DE CAÍDAS DE TENSIÓN DEL TRANSFORMADOR 6387





TABLA XIXDEMANDAS MÁXIMAS EXISTENTES Y PROYECTADAS DEL



2016 2015 2014 201320955,2071 20655,5383 20360,1549 20068,9956


2012 2011 2010 2009

19782,00 18721,00 19117,00 20570,00 DEMANDAS MÁXIMAS

1061,00 -396,00 -1453,00 0,00 VARIACIÓN ANUAL

5,36 -2,1153 -7,6006 0,00 % DE VARIACIÓN




- 46 -

Fig. 26 Demandas máximas existentes, proyectadas del Transformador No. 6387.

De acuerdo a lo antes mencionado y calculando una media de cada uno de los transformadores, se obtuvo un promedio para determinar el factor de crecimiento de la Demanda por año para los clientes tipo D.

TABLA XXFACTOR DE CRECIMIENTO

TABLA PROMEDIO DE FACTOR DE CRECIMIENTO

AÑO FACTOR DE CRECIMIENTO

FACTOR PROMEDIO

TRAFO 13337 1,0113

1,0208TRAFO 6387 1,0472

TRAFO 5898 1,0145

TRAFO 4527 1,0103

En la siguiente figura se muestra las curvas de crecimiento de acuerdo a lo establecido por la CENTROSUR comparado con lo calculado en esta investigación:

Fig. 27 Pendiente de las constantes de crecimiento.

En la siguiente tabla se puede visualizar que la Demanda sigue creciendo pero con una pendiente menor a la que se establece actualmente por la CENTROSUR.

TABLA XXIIÁNGULOS RESULTANTES DE LA PENDIENTE

VI. CONCLUSIONES

Después de haber realizado los cálculos y dimensionamiento de las redes de distribución existentes, y de analizar y procesar los consumos de todos los clientes que se encuentran alimentados a los transformadores que son caso de estudio; se han obtenido las siguientes conclusiones:

En los cálculos realizados en las estaciones de transformación de acuerdo a los lineamientos establecidos por la CENTRO SUR C.A. las caídas de tensión máximas acumuladas son: 3,55 % en el transformador No. 4527 ubicado en el Sector de Totoracocha, 5,27 % en el transformador No. 13337 ubicado en el Sector de los Eucaliptos, 4,10 % en el transformador No. 5898 ubicado en el Sector de las Puertas del Sol y 4,39% en el transformador No. 6387 ubicado en el sector del Barrial Blanco pudiendo afirmar que el sector de los Eucaliptos no cumple con el estándar de caída de tensión máxima permitida que es del 5% para el sector urbano, por lo que se tendría que realizar un estudio para optimizar las redes de este transformador.

Este estudio además permitió reflejar que el comportamiento de la demanda máxima unitaria de los clientes tipo D, sigue en aumento pero con una pendiente menor que la del modelo matemático de cálculo de la CENTRO SUR, obteniendo de la presente investigación una pendiente con un valor de 0,14 correspondiente a un ángulo de 7,97 grados mientras que la pendiente existente presenta una pendiente de valor 0,19 que corresponde a un ángulo de 10,76 grados, debido al cambio de costumbre de consumo de los usuarios, a la implementación de nuevas y mejores tecnologías que han hecho que los electrodomésticos siendo más eficientes energéticamente que años atrás, a las campañas masivas de concientización para el uso adecuado y ahorro de energía impulsadas por el Gobierno Nacional a través del Ministerio de Electricidad y Energías Renovables (M.E.E.R.) y cada una de las Empresas de Distribución dentro de su área de concesión.

También quiero manifestar que en este estudio no se pudo instalar los equipos de medición en las estaciones de transformación y clientes puntuales para obtener los datos de Demandas Máximas con lo que el resultado hubiera sido de mayor exactitud ya que nos hubiera permitido contrastar los resultados medidos con los obtenidos de los historiales de consumo de cada una de las estaciones de transformación; por no existir un convenio previo con la CENTRO SUR C.A.

Considero oportuno mencionar que para futuras investigaciones se debería tomar en cuenta además de la Demanda Máxima Unitaria Proyectada el Factor de Coincidencia ya que las dos son variables que intervienen directamente para dimensionar adecuadamente la Demanda en el punto dado de una determinada zona geográfica perteneciente a una parroquia urbana del Cantón Cuenca.

RECONOCIMIENTOS

Un agradecimiento sincero a la CENTRO SUR en la persona del Ing. Fabián Larriva Gomezcoello, por brindarnos su apoyo para la obtención de datos y de los planos de los transformadores los mismos que fueron vitales para el desarrollo de la presente investigación.

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VII. REFERENCIAS

[1] YEBRA MORÓN Juan Antonio, Sistemas Eléctricos de Distribución, Editorial REVERTE, Buenos Aires 2009

[2] SACCHI Jorge, RIFALDI Alfredo, Técnica de Alta Tensión.

[3] M.C. JIMENEZ MEZA Obed Renato / M.C. CANTU GUTIERREZ Vicente/ DR. CONDE ENRIQUEZ Arturo, LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA de la Universidad Autónoma de Nuevo León / Departamento de Iluminación y Alta Tensión.

[4] ABB, Transmition and Distribution

[5] IEEE, NORMATIVAS EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS DE ALTA TENSIÓN

[6] EGEA Agustín, Introducción a los Sistemas de

Alta Tensión en Corriente Continua, [Centro de de Investigación Tecnológica de Barcelona España]

[7] Transmission and Distribution Reference Book. ABB/ Westinghouse Electric Corporación

[8] VIQUEIRA LANDA Jacinto, Redes eléctricas Vol. I y II.

[9] RAMÍREZ CASTAÑO Samuel, Redes de distribución, diseño y construcción.

[10] Guía Técnica de Aplicación para el Cálculo de Caídas de Tensión; por el Ministerio de Ciencia y Tecnología de España

[11] F. Barrero. Sistemas de energía eléctrica. Ed. Thomsom, Paraninfo, 2004

[12] REE. Informe del Sistema Eléctrico Español 2004. Ed. Red Eléctrica de España S. A.,REE, 2005.

[13] http://www.mipro.gob.ec / plan Renova.

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Diseño y construcción de un prototipo de contador de energía.

Diego BALAREZO, Fausto MATAILO, Santiago CEVALLOS, Martín URDIALES, Ricardo MATAMORROS, Michael CABRERA


[email protected]@hotmail.com

[email protected]@[email protected]

[email protected]

Abstract— The following article describes the experiences in the design and construction of a prototype electric energy measuring, among other facilities allowing suspension and reactivation of electric service automatically. The proposed measure is through electronic display device through a display. The prototype was simulated with the help of software.

Resumen— En el siguiente artículo se describen las experiencias en el diseño y construcción de un prototipo de medición de energía eléctrica, que permita entre otras facilidades la suspensión y reactivación del servicio eléctrico en forma automática. La medición propuesta es a través de dispositivos electrónicos con visualización a través de un display. El prototipo se simuló con la ayuda de software.

Palabras clave: Vatímetro, Potencia, Medición, Lectura, Corte.

I. INTRODUCCIÓN

Con el desarrollo continuo de la ciencia y el progreso tecnológico, la tendencia a la automatización es cada vez más evidente e imprescindible, la comodidad, la optimización de tiempo y recursos, sin duda alguna es una de las prioridades en toda industria.

Es así que los contadores de energía, no podrían quedarse al margen de tan importante desarrollo.

A lo largo de los años los contadores de energía han pasado por un proceso de mejora llegando así a tener en la actualidad contadores de alta precisión, que no solo miden la potencia real sino que también determinan potencia reactiva y aparente, con complementos vistosos tales como graficadores de ondas entre otros.

Los contadores de energía han ido evolucionando, partiendo por contadores analógicos, hasta llegar en la actualidad a disponer de contadores electrónicos, mejorando su rendimiento, eficiencia y estabilidad.

Son estas las razones que nos han motivado a desarrollar un prototipo de contador de energía electrónico que permita la desconexión y reactivación de servicio eléctrico en forma automática.

El proyecto inicia en junio del 2011 y culmina en mayo del 2012 con algunas cosas desarrolladas y otras por desarrollar.

II. TEXTO

La función de un contador de energía es integrar en el tiempo la potencia eléctrica consumida por un usuario. Por tal motivo no es apropiado el uso del término “medidor de energía”, ya que no mide sino cuenta la cantidad de energía consumida.

(1)

A. Contadores de energía existentes

Para el desarrollo del prototipo se analizan dos tipos de contadores existentes en el mercado Ecuatoriano, contadores de energía tipo electromecánico y tipo electrónico.

1) Contador de energía electromecánico: Los contadores electromecánicos utilizan bobinas de tensión y de corriente, para crear corrientes parasitas en un disco que bajo la influencia de los campos magnéticos producen un giro que mueve la aguja de la caratula.

- 49 -

Fig. 1 Contador de energía electromecánico.

El par de giro que se produce en el disco se puede explicar a partir de las leyes de Lenz y Faraday (fenómenos de par motor).

Las siguientes imágenes muestran la disposición de las bobinas y el disco.

Fig.2 Bobinas de los contadores de energía electromecánico

Fig.3 Disposición de las bobinas y el disco

Los electroimanes son excitados con corriente alterna y entre el material ferromagnético gira un disco de aluminio, el cual es afectado por los campos producidos por los electroimanes. Dichos campos ϕ1 y ϕ2 producen corrientes de torbellino al atravesar el disco.

Fig.4 Flujo magnético y corriente eléctrica

(2)

(3)

Dónde:

ϕ = flujo total.

B = área de sección transversal.

dA = diferencial del área.

El flujo es variante en el tiempo, por lo tanto debido a las leyes de Lenz y Faraday, se produce una fuerza electro motriz (f.e.m). Esta fuerza electro motriz determinara la velocidad a la que gira el disco.

(4)

(5)

Al ser el disco un conductor cerrado se inducen corrientes (t) e (t), la dirección dependerá de la Ley de la mano derecha

(Ley de Maxwell).

Fig.5 Representación de la Ley de la mano derecha

Estas corrientes recorrerán todo el disco de modo que i1(t) está relacionado con ϕ2 e i2(t) está relacionado con ϕ1, provocando de esta manera un par cada uno puesto que sus magnitudes son independientes entre sí.

F = B * l * i (6)

2) Contador de energía electrónico: A diferencia de los contadores electromecánicos, el funcionamiento de un contador electrónico se base en la utilización de elementos electrónicos dispuestos de tal forma que optimizan las funciones de conteo, por ejemplo mejoraran la estabilidad de la cuenta, entre otros.

- 50 -

Fig.6 Contador electrónico Sunrise

Los componentes electrónicos utilizados son comunes tales como: microcontroladores, cristales, relés, resistencias, condensadores, entre otros. En la siguiente figura se observa una placa electrónica de éstos contadores.

Fig.7 Placa de contador electrónica.

Quizá una de las mejoras más sobresalientes de los contadores electrónicos es que muchos de ellos permiten la discriminación de potencias (Activa, Reactiva y Aparente) y la determinación del factor de potencia. A continuación el triángulo de potencias.

Fig.8 Triángulo de potencias

Donde la potencia activa (P) es la que produce realmente trabajo y su unidad es el vatio [W], la potencia reactiva (Q) es la potencia con la que se carga o se descarga una bobina o un condensador, realmente es una potencia que no produce ningún trabajo deseado, su unidad de medida es el volta amperio reactivo [VAR], la potencia aparente (S) es la potencia total y su unidad de medida es el volta amperio [VA].

Por otro lado, el factor de potencia (φ) indica la relación que existe entre la potencia activa y la aparente.

Teniendo presente las definiciones anteriores, de potencias se entiende entonces que el consumo energético está dado por las

potencias Activa y Reactiva.

(7)

(8)

B. Prototipo de contador electrónico

Uno de los parámetros importantes para el diseño del prototipo fue la identificación del nivel de tensión y corriente a la que se someterá el equipo.

Fig.9 Protoboard del prototipo de contador electrónico

Los componentes electrónicos más relevantes que se usaron en el prototipo son los siguientes:

1) Microcontrolador: Se utilizó el PIC 16F877A de 40 pines, capaz de ejecutar diferentes actividades grabadas en su memoria.

Fig.9 PIC 16F877A

Las características principales del PIC son: memoria de programa tipo flash 8Kx14, memoria de datos 368 bytes, EEPROM 256 bytes, 33 pines de entrada / salida, encapsulado de 40 pines tipo DIP, soporta cristal de 20 Mhz, tensión de operación de 2.0 hasta 5.5 V DC.

En cuanto a periféricos, este PIC tiene 1 conversor analógico a digital A/D de 10 bits y 8 canales, 2 módulos CCP de Captura, Comparador y Modulador de Ancho de Pulso (PWM), 1 módulo I2C, 1 módulo USART para comunicaciones seriales, 2 contadores de 8 bits (timer) y 1 contador de 16 bits. 2) Visualizador Display LCD: Se utilizó una pantalla LCD de visualizador del contador de energía, las siglas LCD provienen de Liquid Crystal Display, que traduciendo al castellano significa Pantalla de cristal líquido, tecnología muy utilizada en monitores, computadores, televisores, cámaras digitales, entre otros. El display LCD se utiliza en el prototipo para la visualización

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de datos obtenidos como Corriente, Tensión y Potencia.

Fig.10 Medición de tensión

3) Resistencia Shunt: corresponde a una carga resistiva que se ubica en serie al sistema eléctrico donde se desea medir. La corriente se determina a través de la Ley de Ohm, una vez conocido el valor resistivo de la shunt, 0.01 Ω.

Fig.11 Resistencia shunt usada en el prototipo

4) Cable de comunicaciones: para las comunicaciones entre el computador y el PIC se utilizó un cable adaptador de USB a serial RS232, utilizando los pines C6 y C7 del PIC.

Fig.12 cable USB – Serial RS 232

C. Descripción del prototipo de contador electrónico

Para determinar el consumo de energía es necesario primero determinar la potencia que está siendo consumida en un instante de tiempo, es por ello que se hace necesaria la utilización de dos sensores, uno para la corriente y el otro para la tensión, la información de éstas dos señale ingresan al microcontrolador PIC16F877A; la potencia se obtiene como el producto de la corriente por la tensión a través de un proceso que corre internamente en el PIC.

Para el sensor de tensión se ha empleado un divisor de tensión que se muestra en la siguiente figura. La tensión de salida Vout es la señal de muestra que ingresa a un amplificador operacional con limitación a +5 VDC tal que permita proteger el sistema contra posibles sobretensiones.

Fig. 13 Partidor de tensión para adecuación de lectura

(9)

Para el sensor de corriente se empleó el principio de la resistencia de derivación <shunt>, la cual permite obtener una señal de tensión proporcional a la corriente que la atraviesa.

Fig. 14 Conexión de la shunt

Hay que tener presente que las señales que ingresan al PIC son de naturaleza analógica variantes en tiempo, por lo cual no es posible disponer un valor contante para el cálculo.

Fig. 15 Señal de tensión o corriente que ingresa al PIC

La señal analógica pasa por el módulo ADC de conversión de análogo a digital. Si bien es cierto se tiene la información digitalizada es necesario muestrear la señal y determinar el valor pico de amplitud de la señal, esto con el propósito de determinar los parámetros VRMS e IRMS (tensión eficaz y corriente eficaz).

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Fig. 16 Muestreo de la señal de tensión o corriente.

Sabiendo que la señal leída es sinusoidal, mediante un procedimiento matemático se determinan los valores VRMS e IRMS.

VRMS = = (10)

IRMS = = (11)

Este proceso matemático se realiza en la programación interna del PIC, tal que la potencia de consumo sea el producto de VRMS por IRMS.

Según la señal recibida del computador, el PIC determina una salida lógica alta en la base de un transistor BJT que activa o desactiva un relé, permitiendo o no el paso normal del suministro eléctrico.

Se diseño el prototipo de tal forma que incluso permita visualizar la tensión de alimentación, tal cual lo hiciera un voltímetro, a continuación la gráfica comparativa de la medida que muestra el display del prototipo con el PIC y la que muestra un multímetro.

Fig. 17 Medición de tensión

Los datos de tensión son guardados en la memoria del PIC 16f877A.

En cambio para la medición de corriente se activó la función de amperímetro, este es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando.

Para el caso del amperímetro se utilizó una resistencia de derivación (shunt), su función es obtener la intensidad de corriente proporcional a la tensión que se encuentra en los

extremos de la shunt. Esta corriente se visualiza en el LCD, al igual que los datos de tensión, se almacenan en la memoria del PIC16F877A, y sirven para el cálculo de la potencia en la función vatímetro.

La siguiente figura muestra la simulación de tensión, corriente, factor de potencia y desfase angular realizado en el software ISIS 7.7 para el sistema electrónico propuesto.

Fig. 18 Simulación de las mediciones en ISIS

De igual forma las potencias activa, reactiva y aparente se muestran en la simulación realizada en el software ISIS versión 7.7.

Fig. 19 Simulación de las potencias en ISIS

El diagrama de bloques de la función vatímetro programada en el PIC es la que se muestra a continuación.

Fig. 20 Diagrama de bloques del vatímetro

La programación del PIC se desarrolló en lenguaje C++ de CCS, el diagrama de flujo se muestra la siguiente gráfica.

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Fig. 20 (a) Parte del diagrama de flujo del programa

Fig. 20 (b) Parte del diagrama de flujo del programa

Fig. 20 (c) Parte del diagrama de flujo del programa

Para el computador se desarrolló un software en Visual Basic 6, el mismo que a través de dos botones de comando ejecuta la acción de corte y re-conexión del suministro eléctrico en el contador de energía. La orden de corte y re-conexión son enviadas desde el computador a través del puerto serial utilizando el controlador “Microsoft Comm Control 6.0”.

Fig. 21 Controlador Comm Control VB

En la figura 22 se observa el estado de desconexión o corte del suministro de energía, para lo cual se ha diseñado la señal de advertencia respectiva correspondiente a un led virtual que cambia su estado a color rojo.

Fig. 22 Corte del suministro de electricidad

En cambio en la figura 23 se observa el estado de conexión del suministro de energía, en este caso el led virtual que cambia su estado a color verde.

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Fig. 23 Re-conexión del suministro de electricidad

El control de comunicaciones proporciona una interfaz para un conjunto estándar de comandos de comunicación y permite establecer una conexión entre el puerto serie del computador y el PIC.

III. CONCLUSIONES

Al término de la investigación, los resultados son alentadores, sin embargo hay que desarrollar mucho más la idea.

La capacidad de procesamiento del PIC es más elevada de la utilizada, por lo que podría servir para desarrollar más funciones

de medición o cálculo.

El software debe ser adaptador para entornos masivos de corte y re-conexión lo cual implica el manejo de bases de datos y sistemas para toma de decisiones.

Para fines de prueba del corte y re-conexión del sistema se utilizó un rele de simulación, sin embargo en casos prácticos reales deberá utilizarse un conmutador de potencia con comando electrónico.

IV. REFERENCIAS

[1] García, A. (2008). Compilador C CCS y simulador PROTEUS para Microcontroladores PIC. México: Marcombo.

[2] Chapman S. (2005). Máquina Eléctrica. Caracas: Mc Graw Hill.

[3] Luna, R. (2007). Programando con Visual Basic 6.0. Lima: Servilibros.

[4] Carrasco D. (2006), Visual Basic 6, Lima: Macro.

[5] Schilling, D. (1975), Circuitos Electrónicos, Barcelona: Marcombo.

[6] Boylestad, R. (2003), Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, México: Pearson.

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Análisis de pérdidas técnicas de energía en transformadores de uso particular generadas por

sobredimensionamiento.

Santiago MOSCOSO, Harold PERALTA, Henry CALLE.

Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica, Universidad Católica de Cuenca

Cuenca, Ecuador

[email protected] [email protected] [email protected]

Abstract.-This document is the product of the need to identify energy losses that are generated in a distribution transformer, introducing oversizing in potency, with the distinction of being owned by a client authenticated with a contract of a company distributor.

Resumen.-El presente documento es el producto de la necesidad de identificar las pérdidas de energía que se generan en un trasformador de distribución al presentar un sobredimensionamiento en su potencia, con la particularidad de ser de propiedad de un cliente legalizado con un contrato de una empresa distribuidora.

Palabras clave: perdidas, transformador, propiedad, particular.

I. INTRODUCCIÓN

Desde los inicios de la distribución y comercialización eléctrica, el país ha visto la necesidad del incremento en la demanda eléctrica de forma ascendente, día tras día es notorio el crecimiento comercial y por ende la necesidad de más producción de energía eléctrica. El desarrollo tecnológico en un mundo globalizado y cambiante, hace necesario ajustarse a los nuevos requerimientos poblacionales, estableciendo normas y procedimientos basados en criterios técnicos y con estudios minuciosos. En este sentido se hace totalmente necesario el aporte investigativo a los distintos procesos que las empresas vienen desarrollando, desechando viejas prácticas operativas y desarrollando verdaderos programas de investigación tecnológica que permitan medir los impactos ambientales, económicos, etc.

Para el caso puntual de la CENTROSUR que es motivo de análisis de la presente investigación, desde algunos años atrás, está empeñada en buscar la excelencia en el servicio, se están presentando procedimientos, métodos de acción y variaciones implantadas con motivo de las normas ISO, en función de las necesidades de los clientes. Esto ha permitido el paso a varios procesos investigativos, en los que se tiene campos de acción para temas como lo el de esta indagación; sus causas, efectos y circunstancias que se encuentran inmersas en el sobredimensionamiento de transformadores de potencia particulares. Es decir un análisis minucioso de la real incidencia

de instalar y mantener energizado un equipo de transformación de potencia, de uso particular en el sistema de distribución, servido desde las redes de Media Tensión (MT), con una potencia superior a la que se requiere, esto es que la totalidad de la carga instalada (equipos y/o artefactos de funcionamiento eléctrico) en un inmueble, sea inferior a la potencia real del transformador particular cualquiera que fuere su uso: residencial, comercial, industrial, artesanal, etc.

Para esto es importante conocer que, mediante estudio eléctrico realizado por un profesional en libre ejercicio, se aprueba la instalación de un transformador de potencia adquirido por el futuro cliente y que será alimentado desde la red de media tensión, cuando la carga que el cliente pretende utilizar, es superior a la potencia que la red de baja tensión puede abastecer. Este transformador es dimensionado en función de la potencia eléctrica que el cliente necesita, y la proyección de crecimiento que este tenga en un tiempo determinado, pero esta proyección generalmente no se cumple, entonces se debe expresar las perdidas técnicas que se pueden generar y poner en evidencia el impacto económico que esto implica. En una segunda instancia y a protestad de la distribuidora estará cuantificar el perjuicio que en este documento se muestre como consecuencia del no uso de la totalidad de la potencia de un transformador.

En tal sentido, este instrumento es una investigación exploratoria y recopilación de los resultados de varios análisis

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y producto de la observación y la experimentación, con la utilización de recursos propios de la CENTROSUR como son: el Laboratorio de Transformadores, donde todo equipo de transformación (particular y de propiedad de la empresa) es sometido a rigurosas pruebas previa a su instalación, para cumplir con los estándares y normativa de calidad exigidos por las entes regulatorios; el Sistema de Comercialización (SICO), que contiene toda la información respecto de la facturación y recaudación de la distribuidora; el Sistema de Información Geográfica (SIG), que recopila toda la cartografía e información digitalizada del sistema eléctrico (subestaciones, transformadores, postes, redes, etc.); equipos como registradores de carga, pinzas multifunción y visitas técnicas de verificación en el campo, además del aprovechamiento de las experiencias acumuladas de algunos de sus trabajadores, siendo estos una fortaleza presente y disponible.

Para esta labor es necesario un análisis de una cantidad de transformadores instalados en el sistema y su clasificación.

En el departamento de Sistemas de Información Geografía y Administración de la Distribución Eléctrica (SIGADE) de la CENTROSUR, se encuentra información de la cantidad de sistemas de transformación de potencia instalados tanto particulares como de propiedad de la CENTROSUR, así como también la cantidad de kilómetros de redes eléctricas construidas, esto permite representar la realidad del sistema eléctrico, las condiciones de operación y la real incidencia de la problemática motivo de la presente investigación. (Anexo Nº 1).

La CENTROSUR, según el Sistema de Información geográfica (GIS) dispone de 15.600 transformadores instalados en toda su área de concesión, de los cuales 4.224 son de propiedad particular, es decir pertenecen a clientes regulados con un contrato para el servicio eléctrico, estos están abastecidos desde 53 alimentadores primarios.

Para el presente estudio se seleccionó los transformadores particulares que se hallan instalados en el espacio geográfico del alimentador 0323, los mismos que suman un total de 160 transformadores. Esta muestra a ser estudiada fue seleccionada por una condición especial, que es la de englobar las principales antenas repetidoras de los medios de comunicación de radio, televisión y sistemas de radio frecuencia; estos presentan la particularidad de ser transformadores de potencias grandes y subutilizadas, por que los equipos instalados o la carga total instalada es inferior la potencia nominal del transformador. En estas condiciones el análisis demostrará la realidad que tiene la CENTROSUR y como proceder con los costos que estos sistemas de transformación con energía disponible y sin uso representan, siendo analizable también la posibilidad de presentar propuestas como la de remplazarlos con instalaciones desde las redes existentes, esto permitiría corregir un gran numero de inconvenientes presentes en muchos puntos de la ciudad, al no tener transformadores disponibles para remplazarlos por los que ya presentan problemas de saturación, y a la ves eliminar la pérdidas en el sistema de distribución por sobredimensionamiento.

La realidad de este instrumento es ser un aporte importante y demostrativo del impacto real tanto técnico como económico de las implicaciones que tiene un trasformador sobredimensionado en su potencia, e instalado en las redes eléctricas para dar servicio a un determinado usuario. Pues se pretende dar forma a un documento de consulta con una clara realidad al respecto, alejando toda clase de dudas y sobre todo, con un aporte significativo a la CENTROSUR y la colectividad.

Enmarcándose en este contexto y producto del desarrollo de estas actividades de distribución eléctrica, entre muchas de tales circunstancias tenemos por ejemplo las pérdidas técnicas en cada

uno de los sistemas de transformación (Anexo Nº 2) y redes de transporte y distribución

En el sistema eléctrico de transporte y distribución contamos con varios espacios de análisis, es así que constan diversos procesos como: la etapa de “subtransmisión” que inicia a la salida de los sistemas de transformación de la generación, hasta las barras de las subestaciones; la etapa de “distribución” que inicia en la salida de los transformadores reductores de las subestaciones, hasta las redes de baja tensión; y la etapa de “comercialización” que inicia en las redes de baja tensión y termina en cada uno de los usuarios del sistema eléctrico (clientes). Para el presente documento es necesario identificar las pérdidas de energía que se identifican en la etapa de “distribución” donde encontramos los sistemas de trasformación que permiten reducir la potencia eléctrica de media tensión a valores comerciales de distribución o baja tensión (110-220v.)

De acuerdo al reporte de “Perdidas de energía en alimentadores primarios y transformadores de distribución” con corte al mes de febrero de 2012 (29 días) es decir la etapa de distribución, desde los bornes de finales MT, hasta el punto de carga (contadores de energía). Se contabiliza en un total de 1.284.551 kWh/mes, que representa un porcentaje de 2,14% del total de energía consumida 59.996.893 kWh/mes (Anexo Nº 3).

Sin embargo hay un porcentaje de pérdidas que también son analizadas y que representa un valor importante en la demanda global de energía eléctrica, las mismas que están en transformadores particulares y que según el reporte en mención, sumadas a las pérdidas en transformadores de propiedad de la CENTROSUR se ubican en total de 1.790.101 kWh/mes, estas representa un porcentaje de 2.98% del total de energía consumida. Es en este punto donde se genera el presente artículo, y donde se pretende llevar a cabo un análisis que demuestre la hipótesis planteada, que existe un porcentaje de perdidas de energía que se puede evitar al dimensionar con mayor precisión los sistemas de transformación particulares. Cabe destacar que las pérdidas internas en un transformador que son producidas por las corrientes de magnetización y que se manifiestan en la potencia activa producto de las perdidas en el núcleo y los bobinados del transformador, así como también la potencia reactiva que esta constituida por el flujo magnético de excitación y la demanda por el flujo de dispersión, presente en todos los sistemas de transformación; en el caso de los transformadores de propiedad particular, llamadas también “pérdidas en vacío”, son asumidas por el usuario o dueño del mismo, en la factura de pago mensual, al aplicar un factor de multiplicación a su consumo total de energía de 1,02. Es decir al valor en kWh producto del mes, se adiciona el costo de 0.02 % por concepto de perdidas de energía técnicas en el sistema de transformación. Estas perdidas son calculadas en función de la norma “NTE INEN 2114 Y 2115” tanto en vacío como en carga y con valores máximos permitidos

Si bien es cierto los costos por perdidas técnicas de energía en transformadores particulares están cubiertos por el abonado, se necesita llevar a cabo un análisis en el sobredimensionamiento de estos sistemas, en cuanto se refiere cuantificar y evaluar las perdidas que se generarían en la potencia que no es consumida por el abonado o cliente. Para explicar mejor se plantea un ejemplo: Un transformador de 75 kVA, instalado en un inmueble para una fábrica que inicia sus actividades y que a plena carga registra una demanda de 36 kW; esto significa que 39 kVA de un total de 75 kVA que no están en uso, por lo tanto no se esta facturando y en consecuencia se están generando pérdidas para la distribuidora ya que como entidad comercial responde a un interés económico y por lo tanto esto se ve reflejado en los estados financieros y por ende en los costos de operación.

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y producto de la observación y la experimentación, con la utilización de recursos propios de la CENTROSUR como son: el Laboratorio de Transformadores, donde todo equipo de transformación (particular y de propiedad de la empresa) es sometido a rigurosas pruebas previa a su instalación, para cumplir con los estándares y normativa de calidad exigidos por las entes regulatorios; el Sistema de Comercialización (SICO), que contiene toda la información respecto de la facturación y recaudación de la distribuidora; el Sistema de Información Geográfica (SIG), que recopila toda la cartografía e información digitalizada del sistema eléctrico (subestaciones, transformadores, postes, redes, etc.); equipos como registradores de carga, pinzas multifunción y visitas técnicas de verificación en el campo, además del aprovechamiento de las experiencias acumuladas de algunos de sus trabajadores, siendo estos una fortaleza presente y disponible.

Para esta labor es necesario un análisis de una cantidad de transformadores instalados en el sistema y su clasificación.

En el departamento de Sistemas de Información Geografía y Administración de la Distribución Eléctrica (SIGADE) de la CENTROSUR, se encuentra información de la cantidad de sistemas de transformación de potencia instalados tanto particulares como de propiedad de la CENTROSUR, así como también la cantidad de kilómetros de redes eléctricas construidas, esto permite representar la realidad del sistema eléctrico, las condiciones de operación y la real incidencia de la problemática motivo de la presente investigación. (Anexo Nº 1).

La CENTROSUR, según el Sistema de Información geográfica (GIS) dispone de 15.600 transformadores instalados en toda su área de concesión, de los cuales 4.224 son de propiedad particular, es decir pertenecen a clientes regulados con un contrato para el servicio eléctrico, estos están abastecidos desde 53 alimentadores primarios.

Para el presente estudio se seleccionó los transformadores particulares que se hallan instalados en el espacio geográfico del alimentador 0323, los mismos que suman un total de 160 transformadores. Esta muestra a ser estudiada fue seleccionada por una condición especial, que es la de englobar las principales antenas repetidoras de los medios de comunicación de radio, televisión y sistemas de radio frecuencia; estos presentan la particularidad de ser transformadores de potencias grandes y subutilizadas, por que los equipos instalados o la carga total instalada es inferior la potencia nominal del transformador. En estas condiciones el análisis demostrará la realidad que tiene la CENTROSUR y como proceder con los costos que estos sistemas de transformación con energía disponible y sin uso representan, siendo analizable también la posibilidad de presentar propuestas como la de remplazarlos con instalaciones desde las redes existentes, esto permitiría corregir un gran numero de inconvenientes presentes en muchos puntos de la ciudad, al no tener transformadores disponibles para remplazarlos por los que ya presentan problemas de saturación, y a la ves eliminar la pérdidas en el sistema de distribución por sobredimensionamiento.

La realidad de este instrumento es ser un aporte importante y demostrativo del impacto real tanto técnico como económico de las implicaciones que tiene un trasformador sobredimensionado en su potencia, e instalado en las redes eléctricas para dar servicio a un determinado usuario. Pues se pretende dar forma a un documento de consulta con una clara realidad al respecto, alejando toda clase de dudas y sobre todo, con un aporte significativo a la CENTROSUR y la colectividad.

Enmarcándose en este contexto y producto del desarrollo de estas actividades de distribución eléctrica, entre muchas de tales circunstancias tenemos por ejemplo las pérdidas técnicas en cada

uno de los sistemas de transformación (Anexo Nº 2) y redes de transporte y distribución

En el sistema eléctrico de transporte y distribución contamos con varios espacios de análisis, es así que constan diversos procesos como: la etapa de “subtransmisión” que inicia a la salida de los sistemas de transformación de la generación, hasta las barras de las subestaciones; la etapa de “distribución” que inicia en la salida de los transformadores reductores de las subestaciones, hasta las redes de baja tensión; y la etapa de “comercialización” que inicia en las redes de baja tensión y termina en cada uno de los usuarios del sistema eléctrico (clientes). Para el presente documento es necesario identificar las pérdidas de energía que se identifican en la etapa de “distribución” donde encontramos los sistemas de trasformación que permiten reducir la potencia eléctrica de media tensión a valores comerciales de distribución o baja tensión (110-220v.)

De acuerdo al reporte de “Perdidas de energía en alimentadores primarios y transformadores de distribución” con corte al mes de febrero de 2012 (29 días) es decir la etapa de distribución, desde los bornes de finales MT, hasta el punto de carga (contadores de energía). Se contabiliza en un total de 1.284.551 kWh/mes, que representa un porcentaje de 2,14% del total de energía consumida 59.996.893 kWh/mes (Anexo Nº 3).

Sin embargo hay un porcentaje de pérdidas que también son analizadas y que representa un valor importante en la demanda global de energía eléctrica, las mismas que están en transformadores particulares y que según el reporte en mención, sumadas a las pérdidas en transformadores de propiedad de la CENTROSUR se ubican en total de 1.790.101 kWh/mes, estas representa un porcentaje de 2.98% del total de energía consumida. Es en este punto donde se genera el presente artículo, y donde se pretende llevar a cabo un análisis que demuestre la hipótesis planteada, que existe un porcentaje de perdidas de energía que se puede evitar al dimensionar con mayor precisión los sistemas de transformación particulares. Cabe destacar que las pérdidas internas en un transformador que son producidas por las corrientes de magnetización y que se manifiestan en la potencia activa producto de las perdidas en el núcleo y los bobinados del transformador, así como también la potencia reactiva que esta constituida por el flujo magnético de excitación y la demanda por el flujo de dispersión, presente en todos los sistemas de transformación; en el caso de los transformadores de propiedad particular, llamadas también “pérdidas en vacío”, son asumidas por el usuario o dueño del mismo, en la factura de pago mensual, al aplicar un factor de multiplicación a su consumo total de energía de 1,02. Es decir al valor en kWh producto del mes, se adiciona el costo de 0.02 % por concepto de perdidas de energía técnicas en el sistema de transformación. Estas perdidas son calculadas en función de la norma “NTE INEN 2114 Y 2115” tanto en vacío como en carga y con valores máximos permitidos

Si bien es cierto los costos por perdidas técnicas de energía en transformadores particulares están cubiertos por el abonado, se necesita llevar a cabo un análisis en el sobredimensionamiento de estos sistemas, en cuanto se refiere cuantificar y evaluar las perdidas que se generarían en la potencia que no es consumida por el abonado o cliente. Para explicar mejor se plantea un ejemplo: Un transformador de 75 kVA, instalado en un inmueble para una fábrica que inicia sus actividades y que a plena carga registra una demanda de 36 kW; esto significa que 39 kVA de un total de 75 kVA que no están en uso, por lo tanto no se esta facturando y en consecuencia se están generando pérdidas para la distribuidora ya que como entidad comercial responde a un interés económico y por lo tanto esto se ve reflejado en los estados financieros y por ende en los costos de operación.

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Existe también un sobredimensionamiento en los transformadores de propiedad de la CENTROSUR y en los análisis mensuales de esta, se presenta como “valores de cargabilidad”, constan con estándares superiores al 75%, eso permite evidenciar que si bien existe un sobredimensionamiento en los sistemas de transformación propios de esta empresa, estos no representan valores alarmantes de perdidas, al mismo tiempo que la CENTROSUR ya tiene estadísticas que lo evidencian y dependerá de sus personeros la toma de decisiones. Esto no es parte de esta investigación, pero si es necesario mencionarlo, debido a que componen el grupo de perdidas técnicas y es importante conocer cada uno de los elementos que afectan y contribuyen en esta realidad.

Según diagnóstico técnico del sistema de distribución a enero 2012, en el alimentador 0323 se muestra un valor de cargabilidad del 77.20%, en el alimentador 0104 un valor de 76.95% y en el alimentado r 0523 un valor de 85.20%, en transformadores de propiedad de la CENTROSUR, siendo sólo estos los que registran estos valores. El resto de alimentadores no presentan este fenómeno.

II. PÉRDIDAS Y SOBREDIMENSIONAMIETO EN TRASFORMADORES DE USO PARTICULAR

A. Pérdidas en transformadores de distribución.

Toda máquina, cualquiera que sea su principio de funcionamiento, utiliza cierta cantidad de insumos para dicho funcionamiento. Los transformadores, que son máquinas eléctricas, consumen cierta cantidad de energía eléctrica. Un transformador de distribución consiste normalmente de un par de devanados, el primario (MT) y el secundario (BT), enlazados por un circuito magnético o núcleo. Cuando se aplica una tensión alterna a uno de sus devanados, en el caso de los transformadores de distribución al devanado primario; fluye una pequeña corriente estableciendo un campo magnético alterno en el núcleo, a esta corriente se le llama corriente de magnetización o de excitación. Este flujo alterno, enlaza los dos devanados e induce una tensión en cada uno de ellos.

La causa del consumo de un transformador lo constituye la potencia activa demandada por las pérdidas en el núcleo más las pérdidas en los bobinados. Existe otro componente que está constituido por la potencia reactiva, demandada por el flujo magnético de excitación así como la demandada por el flujo de dispersión. Todos estos factores dependen de las características constructivas de los transformadores y son diferentes para cada fabricante.

En la CENTROSUR se utilizan transformadores monofásicos y trifásicos de distribución, las capacidades de los monofásicos van desde 3 hasta 50KVA y los trifásicos van desde 30 hasta 225KVA, cuya tensión está de acuerdo con la tensión del alimentador en el que se instala.

1) Pérdidas en vacío: un transformador en vacío experimenta pérdidas. La corriente de magnetización requerida para el establecimiento del flujo magnético alterno en el núcleo, que depende de la frecuencia del sistema (60Hz), provoca que se disipe energía. Estas pérdidas se conocen como pérdidas del núcleo, pérdidas en vacío o pérdidas en el hierro. Las pérdidas del núcleo están presentes siempre que el transformador está energizado. Así ellas son constantes y por consiguiente la

disipación de energía es importante en el sistema eléctrico. Además, el flujo alterno genera también fuerzas alternas en el núcleo y se produce ruido.

Las pérdidas en el núcleo tienen dos componentes: la primera, las pérdidas de histéresis, que son proporcionales a la frecuencia y dependen del área del lazo de histéresis, y por consiguiente de las características del material y de la densidad del flujo magnético. La segunda componente son las pérdidas por las corrientes de Eddy, las que son función del cuadrado de la frecuencia, del cuadrado del espesor del material y de la resistividad del mismo.

1.1) Obtención de las pérdidas en vacío a través de la prueba en circuito abierto: para determinar los parámetros del circuito equivalente de la figura 1., y medir las pérdidas de potencia de un transformador se utilizan métodos de prueba muy sencillos que consisten en medir la tensión, intensidad y potencia de entrada en el primario estando el secundario en cortocircuito y en circuito abierto o en vacío.

Fig. 1. Circuito equivalente del transformador1

Estando el secundario en circuito abierto y aplicando al primario la tensión nominal, circula por éste una corriente de excitación cuyo valor no es más que del 2 al 6% de la corriente a plena carga. Si el transformador está destinado a trabajar con una tensión distinta de la nominal, las pruebas deberían hacerse en esta otra tensión.

En general para los ensayos en circuito abierto se toma como primario el devanado de baja. La caída de tensión en la impedancia de dispersión primaria debida a la débil corriente de excitación, es totalmente despreciable con lo que la tensión aplicada V1 es prácticamente igual a la fem. E1inducida por el flujo resultante en el núcleo: también son prácticamente despreciables las pérdidas en el cobre del primario debido a la misma pequeña corriente de excitación con lo que resulta que la potencia de entrada P1 es prácticamente igual a la potencia PC pérdida en el hierro, es decir, que la admitancia de excitación Yⱷ = gc-jbm de la figura 2., es casi igual a la admitancia Yoc= goc–jboc en circuito abierto determinada por la tensión aplicadaV1’ la corriente de excitación Iⱷ y la potencia de entrada P1 medida en el primario estando el secundario en vacío. Por tanto, la admitancia de excitación y sus componentes conductancia y suceptancia son aproximadamente:

1 Cargabilidad de transformadores y calidad de la energía, Tesis, Con-venio Universidad de Cuenca – Empresa Eléctrica Regional Centro Sur

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Fig. 2. Prueba en circuito abierto

1.2) Obtención de las pérdidas en vacío a través de la norma NTE INEN 2 114 y 2 11: las pérdidas en los transformadores se pueden encontrar utilizando la norma del INEN, tanto para transformadores monofásicos como trifásicos; estas normas encuentran los valores máximos permisibles de pérdidas en vacío Po, pérdidas con carga a 85º Pc, Para los transformadores monofásicos se utiliza la norma NTE INEN 2 114, y se usa la siguiente ecuación:

Transformadores monofásicos de 5 a 167.7 kVA Clase medio voltaje <15kV, clase bajo voltaje <1.2kV:

Pérdidas en vacío:

Para los transformadores trifásicos se usa la norma NTE INEN 2 115, las ecuaciones a utilizar son:

Transformadores desde 15 kVA hasta 150 kVA:

Transformadores mayores de 150 kVA hasta 800 kVA:


Cada una de estas pérdidas se encuentra expresada en vatios (W), la potencia nominal del transformador Pn está expresada en kVA.

2) Pérdidas con carga: las pérdidas con carga de un transformador son generadas por la corriente de carga, las cuales varían con el cuadrado de dicha corriente. Estas se clasifican en tres grupos:

Pérdidas resistivas en los conductores de los devanados.

Pérdidas por las corrientes de Eddy en los conductores delos devanados.

Pérdidas por las corrientes de Eddy en el tanque y estruc-tura metálica.

Las dos últimas categorías son referidas como pérdidas extras.

Las pérdidas resistivas siguen la ley de Ohm y pueden disminuir cuando se reduce el número de vueltas de los devanados, incrementando el área de la sección transversal del conductor de los devanados, o por combinación de las dos técnicas anteriores. Sin embargo, reducir el número de vueltas requiere incrementar el flujo, por ejemplo, incrementar la sección del núcleo, lo que aumenta el peso del hierro y las pérdidas en el núcleo. Por lo tanto, se debe llegar a un equilibrio entre las pérdidas del núcleo y las pérdidas con carga.

Las pérdidas por las corrientes de Eddy se dan por el hecho de que no todo el flujo producido por uno de los devanados enlaza al otro. Este flujo de dispersión es el que está relacionado con la reactancia de cortocircuito2.

La trayectoria de las corrientes de Eddy en los conductores de los devanados es compleja. La magnitud de este flujo de dispersión depende de la geometría y construcción del transformador. El efecto del flujo de dispersión, dentro de los devanados del transformador resulta en la presencia de cambios en el flujo radial y axial.

Esto induce tensiones que causan corrientes que fluyen perpendiculares al flujo que causa las pérdidas.

La magnitud de estas corrientes puede ser reducida incrementando la resistencia de la trayectoria a través de la cual fluyen, y esto puede ser realizado reduciendo el área de la sección transversal del conductor del devanado. Sin embargo, se incrementan las pérdidas resistivas, y recíprocamente, la disminución de las pérdidas resistivas incrementa las pérdidas por las corrientes de Eddy.

Cuando se tienen corrientes muy altas (>1000A) los flujos generados producen pérdidas de Eddy en el tanque y en la estructura metálica interna del transformador.

2.1) Obtención de las pérdidas con carga a través de la prueba en cortocircuito: con el secundario en cortocircuito basta una tensión primaria del orden del 2 al 12% de la nominal para conseguir la corriente de carga: en esta prueba se acostumbra a tomar, por motivos de conveniencia, el lado de alta tensión como primario. Si VSC’ISC’ yPSC’ representan respectivamente la tensión aplicada, la corriente primaria y la potencia de entrada, la impedancia en cortocircuito Z SCy sus componentes RSC y XSC de resistencia y reactancia referidas al primario serán:

La figura 3., representa el circuito equivalente con el secundario en cortocircuito. La tensión inducida en el secundario por el flujo resultante en el núcleo es igual a la caída de tensión en el mismo devanado debido a la impedancia de dispersión: con la intensidad nominal, esta tensión es únicamente del 1 al 6% de la tensión nominal: el valor del flujo correspondiente es pequeño, lo que permite despreciar totalmente la corriente de excitación


- 59 -59

Fig. 2. Prueba en circuito abierto

1.2) Obtención de las pérdidas en vacío a través de la norma NTE INEN 2 114 y 2 11: las pérdidas en los transformadores se pueden encontrar utilizando la norma del INEN, tanto para transformadores monofásicos como trifásicos; estas normas encuentran los valores máximos permisibles de pérdidas en vacío Po, pérdidas con carga a 85º Pc, Para los transformadores monofásicos se utiliza la norma NTE INEN 2 114, y se usa la siguiente ecuación:

Transformadores monofásicos de 5 a 167.7 kVA Clase medio voltaje <15kV, clase bajo voltaje <1.2kV:

Pérdidas en vacío:





Cada una de estas pérdidas se encuentra expresada en vatios (W), la potencia nominal del transformador Pn está expresada en kVA.

2) Pérdidas con carga: las pérdidas con carga de un transformador son generadas por la corriente de carga, las cuales varían con el cuadrado de dicha corriente. Estas se clasifican en tres grupos:

Pérdidas resistivas en los conductores de los devanados.

Pérdidas por las corrientes de Eddy en los conductores delos devanados.

Pérdidas por las corrientes de Eddy en el tanque y estruc-tura metálica.

Las dos últimas categorías son referidas como pérdidas extras.

Las pérdidas resistivas siguen la ley de Ohm y pueden disminuir cuando se reduce el número de vueltas de los devanados, incrementando el área de la sección transversal del conductor de los devanados, o por combinación de las dos técnicas anteriores. Sin embargo, reducir el número de vueltas requiere incrementar el flujo, por ejemplo, incrementar la sección del núcleo, lo que aumenta el peso del hierro y las pérdidas en el núcleo. Por lo tanto, se debe llegar a un equilibrio entre las pérdidas del núcleo y las pérdidas con carga.

Las pérdidas por las corrientes de Eddy se dan por el hecho de que no todo el flujo producido por uno de los devanados enlaza al otro. Este flujo de dispersión es el que está relacionado con la reactancia de cortocircuito2.

La trayectoria de las corrientes de Eddy en los conductores de los devanados es compleja. La magnitud de este flujo de dispersión depende de la geometría y construcción del transformador. El efecto del flujo de dispersión, dentro de los devanados del transformador resulta en la presencia de cambios en el flujo radial y axial.

Esto induce tensiones que causan corrientes que fluyen perpendiculares al flujo que causa las pérdidas.

La magnitud de estas corrientes puede ser reducida incrementando la resistencia de la trayectoria a través de la cual fluyen, y esto puede ser realizado reduciendo el área de la sección transversal del conductor del devanado. Sin embargo, se incrementan las pérdidas resistivas, y recíprocamente, la disminución de las pérdidas resistivas incrementa las pérdidas por las corrientes de Eddy.

Cuando se tienen corrientes muy altas (>1000A) los flujos generados producen pérdidas de Eddy en el tanque y en la estructura metálica interna del transformador.

2.1) Obtención de las pérdidas con carga a través de la prueba en cortocircuito: con el secundario en cortocircuito basta una tensión primaria del orden del 2 al 12% de la nominal para conseguir la corriente de carga: en esta prueba se acostumbra a tomar, por motivos de conveniencia, el lado de alta tensión como primario. Si VSC’ISC’ yPSC’ representan respectivamente la tensión aplicada, la corriente primaria y la potencia de entrada, la impedancia en cortocircuito Z SCy sus componentes RSC y XSC de resistencia y reactancia referidas al primario serán:

La figura 3., representa el circuito equivalente con el secundario en cortocircuito. La tensión inducida en el secundario por el flujo resultante en el núcleo es igual a la caída de tensión en el mismo devanado debido a la impedancia de dispersión: con la intensidad nominal, esta tensión es únicamente del 1 al 6% de la tensión nominal: el valor del flujo correspondiente es pequeño, lo que permite despreciar totalmente la corriente de excitación


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y las pérdidas en el hierro. Por consiguiente, la admitancia de excitación punteada en la figura 3., puede suprimirse, y las intensidades primaria y secundaria casi se igualan cuando ambas están reducidas al mismo lado. La potencia de entrada equivale prácticamente a las pérdidas totales en el cobre de los dos devanados, y la tensión aplicada equivale a la caída en las impedancias de dispersión del primario y del secundario combinadas.

Fig. 3. Prueba en cortocircuito

La resistencia equivalente y la reactancia, reducidas al primario, son prácticamente iguales a las resistencias y reactancias en cortocircuito. Naturalmente, la impedancia equivalente puede transmitirse de uno a otro lado en la forma habitual.

2.2) Obtención de las pérdidas con carga a través de la norma NTE INEN 2 114 y 2 115: para los transformadores monofásicos se utiliza la norma NTE INEN 2 114, y se usa la siguiente ecuación:

Transformadores monofásicos de 5 a 167.7 kVA Clase medio voltaje 15kV, clase bajo voltaje 1.2kV:

Pérdidas con carga:





3) Pérdidas extras debidas a armónicos: las corrientes armónicas causan gran cantidad de pérdidas en los transformadores y por consiguiente elevadas temperaturas, lo cual afecta la vida útil de los mismos. Las pérdidas extras dependen del espectro armónico de la corriente de carga.3

Los armónicos triplen (3, 9, 15, etc.) son la mayor causa del calor porque las corrientes de fase se suman en el conductor neutro. La magnitud de los armónicos de corriente producida por


los armónicos triplen puede aproximarse al doble de la corriente de fase. Esto causa que el conductor neutro se sobrecargue.

Los transformadores son conectados en delta – estrella para reducir los efectos de los armónicos. Los armónicos triplen son atrapados y circulan en el devanado primario conectado en delta. Así, el contenido armónico reflejado hacia la fuente es reducido.

Las componentes de alta frecuencia de la corriente de carga causan pérdidas extras porque los armónicos no penetran totalmente el conductor. Ellos viajan por la superficie del conductor (efecto piel). Cuando el efecto piel ocurre, el área transversal del conductor disminuye, incrementando así la resistencia y las pérdidas I2R, lo que incrementa la temperatura de los conductores.

Las corrientes armónicas incrementan también las pérdidas por las corrientes de Eddy en los transformadores. Estas pérdidas son más notorias cuando están presentes los armónicos, porque ellas incrementan aproximadamente con el cuadrado de la frecuencia. Las pérdidas en vacío son afectadas solamente por los armónicos de tensión.

Consecuentemente, el incremento en las pérdidas en vacío debido a los armónicos es usualmente despreciable. Las corrientes armónicas sin embargo, afectan muy significativamente a las pérdidas con carga.

Como se describió anteriormente, las pérdidas con carga consisten principalmente de las pérdidas en el cobre y las pérdidas extras. Debido a los armónicos, no sólo las pérdidas por las corrientes de Eddy son incrementadas, sino también las pérdidas resistivas. El incremento de las pérdidas debido a los armónicos también es considerado como pérdidas extras.

Fig. 4. Pérdidas extras debido a armónicos.

B. Cargabilidad en transformadores de distribución

En los últimos años se ha dedicado especial atención al tema de la sustitución de las capacidades subutilizadas, buscando la disminución de las pérdidas de potencia y energía. En esta sección se realiza un análisis de los transformadores monofásicos y trifásicos a partir del concepto de coeficiente de cargabilidad

- 60 -61

límite y como resultado del mismo se evalúa la sustitución de los transformadores de distribución.

1) Relación entre el coeficiente de carga y las pérdidas en transformadores de distribución: como ya se explicó que existen tres tipos de pérdidas en los transformadores de distribución, para el cálculo de las pérdidas en vacío y de las pérdidas con carga se ocupará las expresiones dadas por la norma NTE INEN 2 114 y 2 115. En tanto que, las pérdidas extras debidas a armónicos no son consideradas por no disponer de las mediciones de las corrientes armónicas.

Las pérdidas de potencia en un transformador de distribución se consideran igual a:

Donde:

Pi = Pérdidas de potencia en el intervalo i.

Po= Pérdidas en vacío.

Pc = Pérdidas con carga a la potencia nominal.

Ki = Coeficiente de carga en el intervalo i.

El coeficiente de carga queda definido por la relación entre la demanda en cada intervalo y la capacidad nominal del transformador.

En la figura 5., se muestra P vs. K para transformadores de distribución, asumiendo una curva de carga constante, K=cte. De estas curvas se observa (a modo de ejemplo) que para un transformador de 25KVA., de potencia nominal, trabajando con un coeficiente de carga igual a 0.2, puede ser sustituido, con el objetivo de disminuir las pérdidas y eliminar capacidad subutilizada, por uno de 15 kVA siempre y cuando el nuevo coeficiente de carga sea menor que 0.45., de igual manera, ese transformador de25KVA puede ser sustituido por otro de 10 kVA si el coeficiente de carga es menor de 0.63.4

Fig. 5 Pérdidas en función de la potencia de los sistemas de transformación.


2) Cargabilidad económica: el valor total del transformador consiste de varios componentes: el precio de adquisición, el valor de las pérdidas de energía, los costos de mantenimiento y de reparación durante la vida útil y el costo de retiro. El precio de adquisición y las pérdidas de energía son dos factores claves para la comparación de diferentes transformadores.

El valor de las pérdidas, instalación, mantenimiento, reparación y retiro son a menudo tomados en cuenta cuando se tiene que elegir entre varios transformadores.

Cuando se comparan dos transformadores con diferentes precios de adquisición y/o diferentes pérdidas, se debe tomar en cuenta que el precio de adquisición es pagado en el momento de la compra, mientras que el valor de las pérdidas se da durante la utilización del transformador. Usualmente los valores son convertidos en el momento de la adquisición por valores de capital asignado. Cuando los transformadores son comparados únicamente con respecto a las pérdidas de energía, el proceso es llamado evaluación de pérdidas.

En este proceso de evaluación económica, básicamente se considerarán los siguientes aspectos:

Precios de los transformadores.

Valores de las pérdidas con carga y en vacío.

Costos de montaje y retiro.

Los precios de los transformadores hacen referencia al precio de adquisición en el caso de los transformadores nuevos y en el caso de los transformadores existentes al valor residual de los mismos. La E.E.R.C.S considera como vida útil de los equipos un tiempo de 25 años, entonces para encontrar el valor residual se ha empleado la siguiente expresión:

Donde:

CTE = Valor residual del transformador existente ($).

CTN = Precio del transformador nuevo ($).

nE = Tiempo de funcionamiento del transformador existente (años).

Para las pérdidas con carga del transformador, se puede asignar un valor por kWh de pérdidas de energía, representando por el valor de capitalización o valor presente neto de las pérdidas durante la vida útil del transformador o durante un período de análisis. Este se basa en la carga esperada del transformador en el tiempo y en el valor por kWh.

Similarmente, para las pérdidas en vacío, se asigna un valor por kWh que represente el valor presente neto de estas pérdidas. Este valor se basa en el costo promedio por kWh y la tasa de interés escogida por la empresa distribuidora.

Debido a que todos los transformadores están conectados a la red todo el tiempo y las pérdidas en vacío son independientes de la carga, en este caso la curva de carga no es relevante.

Cuando se tiene un valor de capitalización para las pérdidas muy alto, los transformadores con menos pérdidas,

- 61 -61

límite y como resultado del mismo se evalúa la sustitución de los transformadores de distribución.

1) Relación entre el coeficiente de carga y las pérdidas en transformadores de distribución: como ya se explicó que existen tres tipos de pérdidas en los transformadores de distribución, para el cálculo de las pérdidas en vacío y de las pérdidas con carga se ocupará las expresiones dadas por la norma NTE INEN 2 114 y 2 115. En tanto que, las pérdidas extras debidas a armónicos no son consideradas por no disponer de las mediciones de las corrientes armónicas.

Las pérdidas de potencia en un transformador de distribución se consideran igual a:

Donde:

Pi = Pérdidas de potencia en el intervalo i.

Po= Pérdidas en vacío.

Pc = Pérdidas con carga a la potencia nominal.

Ki = Coeficiente de carga en el intervalo i.

El coeficiente de carga queda definido por la relación entre la demanda en cada intervalo y la capacidad nominal del transformador.

En la figura 5., se muestra P vs. K para transformadores de distribución, asumiendo una curva de carga constante, K=cte. De estas curvas se observa (a modo de ejemplo) que para un transformador de 25KVA., de potencia nominal, trabajando con un coeficiente de carga igual a 0.2, puede ser sustituido, con el objetivo de disminuir las pérdidas y eliminar capacidad subutilizada, por uno de 15 kVA siempre y cuando el nuevo coeficiente de carga sea menor que 0.45., de igual manera, ese transformador de25KVA puede ser sustituido por otro de 10 kVA si el coeficiente de carga es menor de 0.63.4

Fig. 5 Pérdidas en función de la potencia de los sistemas de transformación.


2) Cargabilidad económica: el valor total del transformador consiste de varios componentes: el precio de adquisición, el valor de las pérdidas de energía, los costos de mantenimiento y de reparación durante la vida útil y el costo de retiro. El precio de adquisición y las pérdidas de energía son dos factores claves para la comparación de diferentes transformadores.

El valor de las pérdidas, instalación, mantenimiento, reparación y retiro son a menudo tomados en cuenta cuando se tiene que elegir entre varios transformadores.

Cuando se comparan dos transformadores con diferentes precios de adquisición y/o diferentes pérdidas, se debe tomar en cuenta que el precio de adquisición es pagado en el momento de la compra, mientras que el valor de las pérdidas se da durante la utilización del transformador. Usualmente los valores son convertidos en el momento de la adquisición por valores de capital asignado. Cuando los transformadores son comparados únicamente con respecto a las pérdidas de energía, el proceso es llamado evaluación de pérdidas.

En este proceso de evaluación económica, básicamente se considerarán los siguientes aspectos:

Precios de los transformadores.

Valores de las pérdidas con carga y en vacío.

Costos de montaje y retiro.

Los precios de los transformadores hacen referencia al precio de adquisición en el caso de los transformadores nuevos y en el caso de los transformadores existentes al valor residual de los mismos. La E.E.R.C.S considera como vida útil de los equipos un tiempo de 25 años, entonces para encontrar el valor residual se ha empleado la siguiente expresión:

Donde:

CTE = Valor residual del transformador existente ($).

CTN = Precio del transformador nuevo ($).

nE = Tiempo de funcionamiento del transformador existente (años).

Para las pérdidas con carga del transformador, se puede asignar un valor por kWh de pérdidas de energía, representando por el valor de capitalización o valor presente neto de las pérdidas durante la vida útil del transformador o durante un período de análisis. Este se basa en la carga esperada del transformador en el tiempo y en el valor por kWh.

Similarmente, para las pérdidas en vacío, se asigna un valor por kWh que represente el valor presente neto de estas pérdidas. Este valor se basa en el costo promedio por kWh y la tasa de interés escogida por la empresa distribuidora.

Debido a que todos los transformadores están conectados a la red todo el tiempo y las pérdidas en vacío son independientes de la carga, en este caso la curva de carga no es relevante.

Cuando se tiene un valor de capitalización para las pérdidas muy alto, los transformadores con menos pérdidas,

62

pero obviamente con mayor costo de adquisición serían una opción más favorable. Sin embargo, en muchos casos los valores de capitalización son normalmente despreciados, debido a que en el momento de la compra no se considera la evaluación de pérdidas de energía y por lo tanto se elige el transformador más barato.

Así, el valor de pérdidas con carga y en vacío, asumiendo un valor por kWh igual en los dos casos, se puede expresar como:

(18)

Donde:

CP = Valor presente neto de pérdidas de energía ($).

CKWH = Valor medio del kWh ($/kWh).

8760 = Número de horas en el año (h/año).

Es el valor presente de una anualidad de 1 por intervalo de pago durante n años.5

Es una constante que tiene en cuenta el crecimiento de la carga y los costos en valor presente.

Donde:

i = Tasa de descuento anual (%/año).

r = Tasa de crecimiento anual de la demanda (%/año).

n = Número de años considerados (años).

La tasa de descuento a considerarse es del 7.5% (recomendado por el CONELEC), la tasa de crecimiento de la demanda se tomará igual 1% ya que el estudio se realiza en sectores consolidados y el valor medio del kWh a nivel de alimentadores primarios es de $0.1029 para el año 2012 en la CENTROSUR.

El costo de montaje se toma de los precios unitarios de mano de obra para redes de distribución (proporcionado por SIGADE). El costo de retiro se asume el 80% del costo de montaje.

Si en el análisis técnico comparativo de los transformadores las pérdidas de energía del transformador de menor capacidad, es menor que las pérdidas de energía del transformador de mayor capacidad, entonces en una primera instancia podrá sustituirse el transformador mayor por ese de menor potencia; caso contrario no es posible hacer el cambio.

No obstante, si es recomendada la sustitución del transformador existente por el nuevo, habrá que completar 5 Cargabilidad de transformadores y calidad de la energía, Tesis, Con-venio Universidad de Cuenca – Empresa Eléctrica Regional Centro Sur

el análisis con una valoración económica, la que probará la racionalidad de la sustitución. En este caso, el análisis de la cargabilidad económica se hace a través del VAN (valor anual neto), cuya expresión será:

VANE– VANN> 0 (19)

Donde:

VANE = Valor anual neto del transformador existente.

VANN = Valor anual neto del transformador nuevo.

Para que el transformador de mayor capacidad pueda ser sustituido por uno de menor capacidad se debe cumplir con la inecuación (19), misma que luego de remplazar los costos se convierte en:

(CTE – CTN ) + (CPE – CPN ) + (CDE - C MN ) > 0 (20)

Donde:

CTE, CTN= Precio del transformador existente y nuevo, respectivamente.

CPE, CPN = Valor de las pérdidas del transformador existente y nuevo.

CDE, CMN = Costo de desmontaje

3) Comportamiento de la demanda: en los últimos años se han utilizado valores de demandas máximas unitarias que consideran el área de los lotes de terreno y el tipo de abonado, se ha logrado demosv trar que estos valores de demandas máximas unitarias producen un sobredimensionamiento en las redes de distribución.

Resulta muy interesante contrastar resultados de crecimiento de la demanda máxima con el de la potencia instalada en transformadores. Se puede decir que la demanda máxima del sistema crece anualmente al mismo ritmo que lo hace la capacidad de transformación instalada, 7.33% y 6.20% respectivamente; sin embargo la diferencia existente en kVAs entre estos dos parámetros es bastante marcada ya que en promedio se tiene aproximadamente un 64% más de potencia instalada en transformadores que lo que se requiere como demanda máxima. La figura 5., muestra lo descrito anteriormente.

Fig. 5. Comparación entre la capacidad de transformación instalada y la demanda máxima del sistema.

- 62 -63

En esta sección se indicarán los nuevos valores que se han obtenido, a través de estudios realizados en la EERCS, para las demandas máximas unitarias de cada categoría de usuarios que se considera en la empresa.6

3.1) Modelo utilizado por la CENTROSUR para el dimensionamiento de redes de distribución: la CENTROSUR considera actualmente que las redes de baja tensión y transformación deben proyectarse para un período de 10 años; las demandas máximas unitarias se consideran conforme al área de los lotes y el tipo de abonado de acuerdo a las siguientes tablas:

TABLA I.

DMUP PARA CLIENTES DE SECTORES URBANOS Y CENTROS

TABLA II

DMUP PARA CLIENTES DE SECTORES RURALES

La demanda de diseño para la red secundaria y transformadores de distribución deberá ser calculado para un punto dado, mediante la siguiente expresión:

DMp = DMUp . N . F (kVA) (21)

Donde:

DMUp = Demanda máxima unitaria proyectada, en kVA.

N = Número de abonados.

F = Factor de coincidencia .

DMp = Demanda máxima en el punto dado.

Este valor corresponde al conjunto de abonados típicos y por lo tanto, deberán incorporarse además en caso de incidir, la demanda de las cargas especiales y del alumbrado público; es decir:

D = DMp + A + Ce (22)

Donde:

D = Demanda de diseño (kVA).


A = Carga de alumbrado público (kVA).

Ce = Cargas especiales (kVA).

Para determinar la capacidad de los transformadores, a los valores de la demanda establecidos, se deberán aplicar los siguientes factores, por concepto de sobrecarga de los transformadores, mostrados en la siguiente tabla:

TABLA III.

FACTOR DE SOBRECARGAS DE TRANSFORMADOR

3.2) Valores propuestos para las demandas máximas unitarias

3.2.1) Demanda máxima unitaria para el sector rural: en el estudio intitulado “DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA MÁXIMA UNITARIA DEL SECTOR RURAL”, se utilizó la información disponible de los datos comerciales del cantón Cuenca y también se hizo una subdivisión de los usuarios en clases relativamente homogéneas desde el punto de vista de su curva de carga. Luego se realizaron mediciones en áreas de similares características, para analizar el comportamiento de la carga en horas de demanda máxima vs. el número de usuarios conectados simultáneamente. Las conclusiones obtenidas en este estudio fueron las siguientes:

Se tienen dos categorías para el sector rural, descartándose la categoría H, estas categorías son: F para centros parroquiales, G para el área periférica al centro parroquial conjuntamente con los sectores más distantes donde se producen asentamientos humanos.

Los valores encontrados para estas categorías son:

F: 0.82

G: 0.66

Comparando con los valores utilizados anteriormente se tiene la siguiente tabla:

TABLA VI

COMPARACIÓN DE LAS DMUP PARA EL SECTOR RURAL

Comparando los valores se observa un sobredimensionamiento en las dos categorías lo que afectaría directamente en el dimensionamiento de la estación de transformación en los porcentajes indicados7


- 63 -63

En esta sección se indicarán los nuevos valores que se han obtenido, a través de estudios realizados en la EERCS, para las demandas máximas unitarias de cada categoría de usuarios que se considera en la empresa.6

3.1) Modelo utilizado por la CENTROSUR para el dimensionamiento de redes de distribución: la CENTROSUR considera actualmente que las redes de baja tensión y transformación deben proyectarse para un período de 10 años; las demandas máximas unitarias se consideran conforme al área de los lotes y el tipo de abonado de acuerdo a las siguientes tablas:

TABLA I.

DMUP PARA CLIENTES DE SECTORES URBANOS Y CENTROS

TABLA II

DMUP PARA CLIENTES DE SECTORES RURALES

La demanda de diseño para la red secundaria y transformadores de distribución deberá ser calculado para un punto dado, mediante la siguiente expresión:

DMp = DMUp . N . F (kVA) (21)

Donde:

DMUp = Demanda máxima unitaria proyectada, en kVA.

N = Número de abonados.

F = Factor de coincidencia .

DMp = Demanda máxima en el punto dado.

Este valor corresponde al conjunto de abonados típicos y por lo tanto, deberán incorporarse además en caso de incidir, la demanda de las cargas especiales y del alumbrado público; es decir:

D = DMp + A + Ce (22)

Donde:

D = Demanda de diseño (kVA).


A = Carga de alumbrado público (kVA).

Ce = Cargas especiales (kVA).

Para determinar la capacidad de los transformadores, a los valores de la demanda establecidos, se deberán aplicar los siguientes factores, por concepto de sobrecarga de los transformadores, mostrados en la siguiente tabla:

TABLA III.

FACTOR DE SOBRECARGAS DE TRANSFORMADOR

3.2) Valores propuestos para las demandas máximas unitarias

3.2.1) Demanda máxima unitaria para el sector rural: en el estudio intitulado “DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA MÁXIMA UNITARIA DEL SECTOR RURAL”, se utilizó la información disponible de los datos comerciales del cantón Cuenca y también se hizo una subdivisión de los usuarios en clases relativamente homogéneas desde el punto de vista de su curva de carga. Luego se realizaron mediciones en áreas de similares características, para analizar el comportamiento de la carga en horas de demanda máxima vs. el número de usuarios conectados simultáneamente. Las conclusiones obtenidas en este estudio fueron las siguientes:

Se tienen dos categorías para el sector rural, descartándose la categoría H, estas categorías son: F para centros parroquiales, G para el área periférica al centro parroquial conjuntamente con los sectores más distantes donde se producen asentamientos humanos.

Los valores encontrados para estas categorías son:

F: 0.82

G: 0.66

Comparando con los valores utilizados anteriormente se tiene la siguiente tabla:

TABLA VI

COMPARACIÓN DE LAS DMUP PARA EL SECTOR RURAL

Comparando los valores se observa un sobredimensionamiento en las dos categorías lo que afectaría directamente en el dimensionamiento de la estación de transformación en los porcentajes indicados7


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3.2.2) Demanda máxima unitaria para el sector urbano-residencial: en la referencia “Comportamiento de la demanda” se hacen consideraciones del factor de carga, consumos de energía, coincidencia del sistema y comportamientos de la carga basados en curvas de modelos de usos finales de la energía y como la predicción se hace para pequeñas áreas se toma en cuenta el comportamiento propio de dicha área, que no será el mismo del sistema total; y así se obtuvieron los nuevos valores de demandas máximas unitarias que se deberían considerar para los futuros diseños en el sector urbano-residencial.

En la siguiente tabla se ilustra los valores de demanda real a 10 años, en ésta ya no se consideran 5 categorías sino solamente 3:

TABLA V

COMPARACIÓN DE LAS DMUP PARA EL SECTOR URBANO-RESIDENCIAL

Esta tabla indica, al igual que en el punto anterior, que se tiene un sobre dimensionamiento en las redes de baja tensión y en las estaciones de transformación.

III. CONCLUSIONES

Se pudo evidenciar que el nivel de pérdidas en los sistemas de trasformación sobre dimensionados afecta de forma directa y significativa, siendo necesaria una readecuación en el procedimiento para dimensionar estaciones de transformación.

De la muestra observada del alimentador 0323 con 160 estacones de transformación particulares, hay información que no está actualizada por existir estaciones de transformación suspendidas y desenergizadas en un 18%.

En la muestra analizada se pudo determinar que existe un sobredimensionamiento en un porcentaje igual al 63.8% de un total de 131 sistemas de transformación particulares energizados.

La curva de sobredimensionamiento hasta el año 2000 es creciente versus la curva de la demanda utilizada en las estaciones de transformación de propiedad de la CENTROSUR, existiendo una distancia mayor en el transcurso del tiempo.

El comportamiento de la curva de dimensionamiento versus la curva de demanda en el año 2012 es mas distante y se ha mantenido la tendencia creciente en el transcurso del tiempo para las estaciones de transformación de propiedad particular.

Del total de equipos de trasformación subutilizados y que pueden ser remplazados, se reduce 3869.5 kVA, pero el análisis técnico-económico muestra que se puede reducir 454 kVA que representa un 7.3%.

IV. REFERENCIAS

[1] Cargabilidad de transformadores y calidad de la energía, Tesis, Convenio Universidad de Cuenca – Empresa Eléctrica Regional Centro Sur

[2] Electric Machinery. A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley, Jr., Ste-phen D. Umans. McGraw-Hill. Fifthedition.

[3] El costo de utilización de transformadores de distribución, Elecin, Equipos electroindustriales S.A.

[4] DistributionSystems,WestinghouseElectric Corporation,1965.

[5] Perdidas por las conexiones de transformadores y bancos de dis-tribución, Santiago LajesChoy – Davel Borges V. – Carlos Her-nández R.

[6] Normas técnicas de calidad del servicio, Criterios _ normas NTDOID.

[7] Potencia nominal y sobrecarga de transformadores, Capítulo 8, Resumen de normas IEC.

[8] Determinación de la demanda máxima unitaria del sector rural, III Seminario de distribución y comercialización y energía eléctri-ca, Patricio Gutiérrez– Gerardo Campoverde.

[9] NTE INEN 2 114 Transformadores nuevos monofásicos. Valo-res de corriente sin carga, pérdidas y tensiones de corto circuito. Normas INEN.

[10] NTE INEN 2 115 Transformadores nuevos trifásicos. Valores de corriente sin carga, pérdidas y tensiones de corto circuito. Nor-mas INEN.

[11] Base de datos del monitoreo de la calidad del producto. Transfor-madores, Departamento de Calidad, Dirección de Planificación.

[12] Procedimiento para los trámites de revisión y recepción de obras ejecutadas por ingenieros y compañías eléctricos en ejercicio particular, EMPRESA ELECTRICA REGIONAL CENTRO SUR C.A.

[13] Matemáticas Financieras, Frank Ayres, Jr.

[14] Estudio sobre las actividades de administración, operación y mantenimiento en todos los niveles de tensión y topología de nivel de tensión 1, GREG, Consultora Colombiana SA.

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Anexo Nº 1

INFORME SUPERINTENDENCIA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

Resumen de las principales actividades en el área de Sistemas de Información Geográfica correspondiente al mes de septiembre de 2011.

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN.

La cantidad de unidades de transformación instaladas a lo largo de las redes de la Empresa dentro del área de concesión nos indican que tenemos un total de 15,901 unidades equivalente a 463,386kVA tal como se indica en la tabla siguiente.

Tabla Nº 1.- Cantidad y Potencia de Transformadores de Distribución por Alimentador.

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ANEXO N° 2

DIAGNÓSTICO TÉCNICO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN ENERO 2012

Pérdidas de Energía

Las pérdidas técnicas en el sistema de sub-transmisión y alimentadores primarios se determinan utilizando los paquetes de software DIGSILENT y CYMDIST, respectivamente.

Las pérdidas de energía en el sistema, durante el mes de enero de 2012, sumaron 4.699,90 MWh, de las cuales, utilizando la metodología que normalmente sirve para el cálculo de las pérdidas técnicas, se ha determinado que éstas llegan a 4.303,57 MWh y las no- técnicas representan 396,33 MWh; valores que se resumen en la tabla 1.

Cabe aclarar que, la energía disponible de la CENTROSUR corresponde a la de sus clientes regulados, mientras que en la total del sistema se agrega el consumo del auto-productor ENERMAX (anexo 1).

Tabla 1. Energía y pérdidas de energía correspondientes al mes de enero de 2012

SISTEMA U D isponible Consumo Pérdidas Totales Técnicas No técnicas

CENTROSUR MWh 73.230,53 68.530,63 4.699,90 4.303,57 396,33 % 100,00% 93,58% 6,42% 5,88% 0,54%

Total Sistema M Wh 73.419,71 68.719,81 4.699,90 4.303,57 396,33 % 100,00% 93,60% 6,40% 5,86% 0,54%

Comportamiento de las pérdidas en los últimos 12 meses

En la tabla 2 se muestran los valores acumulados de pérdidas de energía en los últimos 12 meses, con porcentajes referidos a la energía del sistema CENTROSUR y a la total del sistema, concluyéndose que a enero de 2012 las pérdidas totales representan el 6,71%, de las cuales el 5,74% corresponde a las técnicas y el 0,97% a las no técnicas.

Tabla 2. Energía y pérdidas de energía acumulados de los últimos 12 meses

SISTEMA U D isponible Consumo Consumo ¬±¬¿´»- Pérdidas totales N o técnicas

CENTROSUR MWh 841.423,42 784.801,27 56.622,16 48.435,03 8.187,13

% 100,00% 93,27% 6,73% 5,76% 0,97% Total Sistema MWh 843.662,62 787.040,46 56.622,16 48.435,03 8.187,13

% 100,00% 93,29% 6,71% 5,74% 0,97%

En la figura 1 se muestra el comportamiento de las pérdidas de energía acumuladas en los últimos doce meses, expresadas en porcentaje respecto a la energía total disponible del sistema.

- 66 -

-14-

Ane

xo Nº 3

DIAS

29ME

SES2

AÑO

2012

kWh/

mes

(%)

kWh/

mes

(%)

kWh/

mes

(%)

kWh/

mes

(%)

kWh/

mes

(%)

kWh/

mes

(%)

kWh/

mes

(%)

kWh/

mes

(%)

kWh/

mes

(%)

kWh/

mes

(%)

kWh/

mes

(%)

ALIM

-‐0101

6997

470,5

80,3

90

0,00%

3037

0,43%

3037

0,43%

5748

0,82%

1792

0,26%

7540

1,08%

3152

0,45%

690

0,10%

3842

0,55%

8900

1,27%

2482

0,35%

1138

21,6

3%10

577

1,51%

1441

92,0

6%AL

IM-‐01

0268

3272

0,53

0,33

00,0

0%3794

0,56%

3794

0,56%

1906

0,28%

954

0,14%

2860

0,42%

6058

0,89%

2584

0,38%

8642

1,26%

7964

1,17%

3538

0,52%

1150

21,6

8%66

540,9

7%15

296

2,24%

ALIM

-‐0103

4663

470,5

00,3

00

0,00%

1423

0,31%

1423

0,31%

4061

0,87%

1401

0,30%

5463

1,17%

1230

0,26%

354

0,08%

1583

0,34%

5291

1,13%

1755

0,38%

7046

1,51%

6885

1,48%

8469

1,82%

ALIM

-‐0104

8411

080,6

60,5

07201

0,86%

324

0,04%

7525

0,89%

8065

0,96%

2605

0,31%

1067

01,2

7%3444

0,41%

2053

0,24%

5497

0,65%

11509

1,37%

4658

0,55%

1616

71,9

2%18

196

2,16%

2369

22,8

2%AL

IM-‐02

0146

0678

0,57

0,38

850,0

2%2126

0,46%

2211

0,48%

3852

0,84%

1064

0,23%

4916

1,07%

3103

0,67%

573

0,12%

3676

0,80%

6955

1,51%

1637

0,36%

8592

1,87%

7127

1,55%

1080

32,3

5%AL

IM-‐02

0271

6640

0,63

0,44

00,0

0%1794

0,25%

1794

0,25%

4935

0,69%

1443

0,20%

6378

0,89%

4456

0,62%

1017

0,14%

5473

0,76%

9390

1,31%

2460

0,34%

1185

11,6

5%81

721,1

4%13

645

1,90%

ALIM

-‐0203

4854

980,6

00,4

10

0,00%

1234

0,25%

1234

0,25%

3958

0,82%

1233

0,25%

5191

1,07%

2157

0,44%

531

0,11%

2688

0,55%

6115

1,26%

1764

0,36%

7879

1,62%

6425

1,32%

9112

1,88%

ALIM

-‐0204

7262

100,6

00,4

1387

0,05%

1974

0,27%

2361

0,33%

3921

0,54%

454

0,06%

4375

0,60%

8070

1,11%

3413

0,47%

1148

31,5

8%11991

1,65%

3867

0,53%

1585

72,1

8%67

360,9

3%18

219

2,51%

ALIM

-‐0205

5912

080,6

30,4

4855

0,14%

1178

0,20%

2034

0,34%

4204

0,71%

655

0,11%

4859

0,82%

7783

1,32%

808

0,14%

8592

1,45%

11987

2,03%

1464

0,25%

1345

12,2

8%68

931,1

7%15

484

2,62%

ALIM

-‐0321

2012

246

0,63

0,55

31971

1,59%

555

0,03%

3252

61,6

2%26946

1,34%

3364

0,17%

3031

01,5

1%12797

0,64%

1913

0,10%

1470

90,7

3%39743

1,98%

5277

0,26%

4502

02,2

4%62

836

3,12%

7754

63,8

5%AL

IM-‐03

2211

2063

60,5

90,4

03182

0,28%

780,0

1%32

600,2

9%12246

1,09%

1421

0,13%

1366

81,2

2%7767

0,69%

1177

0,10%

8943

0,80%

20013

1,79%

2598

0,23%

2261

12,0

2%16

928

1,51%

2587

12,3

1%AL

IM-‐03

2330

3756

00,5

70,3

632690

1,08%

1880

0,06%

3457

01,1

4%27085

0,89%

4023

0,13%

3110

81,0

2%23669

0,78%

4158

0,14%

2782

70,9

2%50754

1,67%

8181

0,27%

5893

41,9

4%65

678

2,16%

9350

43,0

8%AL

IM-‐03

2413

3196

60,6

90,5

51888

0,14%

265

0,02%

2154

0,16%

12769

0,96%

2273

0,17%

1504

21,1

3%10125

0,76%

1824

0,14%

1194

90,9

0%22894

1,72%

4097

0,31%

2699

02,0

3%17

195

1,29%

2914

42,1

9%AL

IM-‐03

2514

2327

90,6

30,4

66234

0,44%

780,0

1%63

120,4

4%12243

0,86%

4691

0,33%

1693

41,1

9%4060

0,29%

1538

0,11%

5598

0,39%

16302

1,15%

6229

0,44%

2253

21,5

8%23

246

1,63%

2884

42,0

3%AL

IM-‐04

2125

1733

30,5

50,3

73762

0,15%

323

0,01%

4085

0,16%

2158

0,09%

535

0,02%

2692

0,11%

26455

1,05%

8745

0,35%

3520

01,4

0%28613

1,14%

9280

0,37%

3789

21,5

1%67

770,2

7%41

977

1,67%

ALIM

-‐0422

1440

144

0,46

0,27

2807

0,19%

276

0,02%

3083

0,21%

10407

0,72%

381

0,03%

1078

80,7

5%29404

2,04%

1729

0,12%

3113

32,1

6%39811

2,76%

2110

0,15%

4192

22,9

1%13

871

0,96%

4500

43,1

2%AL

IM-‐04

2323

6346

80,5

70,3

619082

0,81%

626

0,03%

1970

90,8

3%24972

1,06%

4152

0,18%

2912

51,2

3%13090

0,55%

2620

0,11%

1570

90,6

6%38062

1,61%

6772

0,29%

4483

41,9

0%48

834

2,07%

6454

32,7

3%AL

IM-‐04

2455

4377

0,41

0,23

1275

0,23%

640,0

1%13

390,2

4%9229

1,66%

620

0,11%

9849

1,78%

5897

1,06%

468

0,08%

6365

1,15%

15126

2,73%

1088

0,20%

1621

42,9

2%11

188

2,02%

1755

33,1

7%AL

IM-‐04

2537

4497

40,9

10,7

412306

0,33%

1450

0,04%

1375

60,3

7%0

0,00%

00,0

0%0

0,00%

4302

0,11%

8110

0,22%

1241

20,3

3%4302

0,11%

8110

0,22%

1241

20,3

3%13

756

0,37%

2616

70,7

0%AL

IM-‐04

2628

9883

20,7

70,6

010643

0,37%

1196

0,04%

1183

90,4

1%0

0,00%

00,0

0%0

0,00%

13596

0,47%

11788

0,41%

2538

50,8

8%13596

0,47%

11788

0,41%

2538

50,8

8%11

839

0,41%

3722

41,2

8%AL

IM-‐04

2788

0714

0,61

0,43

2446

0,28%

144

0,02%

2591

0,29%

15052

1,71%

636

0,07%

1568

81,7

8%11307

1,28%

543

0,06%

1185

01,3

5%26359

2,99%

1179

0,13%

2753

83,1

3%18

278

2,08%

3012

93,4

2%AL

IM-‐05

2117

4723

90,5

80,4

669444

3,97%

160

0,01%

6960

43,9

8%23031

1,32%

2303

0,13%

2533

41,4

5%17161

0,98%

1846

0,11%

1900

71,0

9%40191

2,30%

4150

0,24%

4434

12,5

4%94

938

5,43%

1139

456,5

2%AL

IM-‐05

2215

7027

50,4

00,1

99106

0,58%

124

0,01%

9230

0,59%

12112

0,77%

3385

0,22%

1549

70,9

9%8922

0,57%

2545

0,16%

1146

70,7

3%21035

1,34%

5930

0,38%

2696

41,7

2%24

728

1,57%

3619

42,3

0%AL

IM-‐05

2338

5808

80,6

70,5

158468

1,52%

3049

0,08%

6151

81,5

9%30609

0,79%

6628

0,17%

3723

70,9

7%21079

0,55%

5400

0,14%

2647

90,6

9%51688

1,34%

12028

0,31%

6371

61,6

5%98

754

2,56%

1252

343,2

5%AL

IM-‐05

2435

1281

10,6

40,4

626218

0,75%

80,0

0%26

226

0,75%

23531

0,67%

6161

0,18%

2969

20,8

5%19799

0,56%

6739

0,19%

2653

80,7

6%43330

1,23%

12900

0,37%

5623

01,6

0%55

918

1,59%

8245

62,3

5%AL

IM-‐05

2512

6104

80,5

90,4

816217

1,29%

337

0,03%

1655

41,3

1%16456

1,30%

2463

0,20%

1891

91,5

0%7637

0,61%

1195

0,09%

8831

0,70%

24092

1,91%

3658

0,29%

2775

02,2

0%35

473

2,81%

4430

43,5

1%AL

IM-‐05

2624

2863

00,6

60,5

020338

0,84%

2115

0,09%

2245

30,9

2%19485

0,80%

3587

0,15%

2307

20,9

5%17339

0,71%

3574

0,15%

2091

40,8

6%36825

1,52%

7161

0,29%

4398

61,8

1%45

525

1,87%

6643

82,7

4%AL

IM-‐07

2190

4396

0,59

0,40

2677

0,30%

650,0

1%27

410,3

0%10684

1,18%

1368

0,15%

1205

21,3

3%7068

0,78%

1058

0,12%

8126

0,90%

17752

1,96%

2426

0,27%

2017

82,2

3%14

793

1,64%

2291

92,5

3%AL

IM-‐07

2224

9530

40,8

30,6

621413

0,86%

438

0,02%

2185

10,8

8%10753

0,43%

2387

0,10%

1314

10,5

3%14780

0,59%

4606

0,18%

1938

60,7

8%25533

1,02%

6994

0,28%

3252

61,3

0%34

991

1,40%

5437

72,1

8%AL

IM-‐07

2314

7508

20,6

60,5

013389

0,91%

200

0,01%

1359

00,9

2%9795

0,66%

2710

0,18%

1250

50,8

5%6492

0,44%

2301

0,16%

8793

0,60%

16286

1,10%

5011

0,34%

2129

81,4

4%26

094

1,77%

3488

82,3

7%AL

IM-‐09

2192

8562

0,57

0,45

10843

1,17%

00,0

0%10

843

1,17%

16146

1,74%

2261

0,24%

1840

61,9

8%3825

0,41%

897

0,10%

4722

0,51%

19971

2,15%

3157

0,34%

2312

82,4

9%29

250

3,15%

3397

13,6

6%AL

IM-‐12

2186

1900

0,58

0,38

2228

0,26%

50,0

0%22

330,2

6%12134

1,41%

555

0,06%

1268

91,4

7%16814

1,95%

923

0,11%

1773

72,0

6%28948

3,36%

1478

0,17%

3042

63,5

3%14

922

1,73%

3265

93,7

9%AL

IM-‐12

2211

6791

50,5

90,4

852596

4,50%

00,0

0%52

596

4,50%

16171

1,38%

1555

0,13%

1772

61,5

2%10560

0,90%

1075

0,09%

1163

51,0

0%26731

2,29%

2630

0,23%

2936

22,5

1%70

322

6,02%

8195

87,0

2%AL

IM-‐14

2115

4751

00,6

20,5

260389

3,90%

80,0

0%60

397

3,90%

21751

1,41%

1921

0,12%

2367

21,5

3%13534

0,87%

1639

0,11%

1517

30,9

8%35284

2,28%

3560

0,23%

3884

52,5

1%84

069

5,43%

9924

26,4

1%AL

IM-‐14

2257

6762

0,50

0,36

14557

2,52%

150,0

0%14

571

2,53%

14728

2,55%

753

0,13%

1548

12,6

8%4239

0,73%

245

0,04%

4483

0,78%

18967

3,29%

998

0,17%

1996

53,4

6%30

053

5,21%

3453

65,9

9%AL

IM-‐14

2380

3008

0,54

0,41

12535

1,56%

00,0

0%12

535

1,56%

12176

1,52%

1662

0,21%

1383

81,7

2%4413

0,55%

597

0,07%

5011

0,62%

16589

2,07%

2260

0,28%

1884

92,3

5%26

373

3,28%

3138

43,9

1%AL

IM-‐15

2112

0133

70,5

30,4

028331

2,36%

250,0

0%28

356

2,36%

27756

2,31%

2391

0,20%

3014

62,5

1%3945

0,33%

303

0,03%

4247

0,35%

31701

2,64%

2693

0,22%

3439

42,8

6%58

502

4,87%

6275

05,2

2%AL

IM-‐15

2210

9548

10,6

40,4

65537

0,51%

10,0

0%55

380,5

1%15064

1,38%

1510

0,14%

1657

31,5

1%8825

0,81%

1039

0,09%

9865

0,90%

23889

2,18%

2549

0,23%

2643

82,4

1%22

111

2,02%

3197

62,9

2%AL

IM-‐15

2311

2434

80,5

30,3

126351

2,34%

00,0

0%26

351

2,34%

19437

1,73%

1062

0,09%

2050

01,8

2%11337

1,01%

765

0,07%

1210

21,0

8%30774

2,74%

1827

0,16%

3260

12,9

0%46

851

4,17%

5895

25,2

4%AL

IM-‐18

2151

1945

0,51

0,38

2669

0,52%

270,0

1%26

960,5

3%12082

2,36%

969

0,19%

1305

12,5

5%1995

0,39%

140

0,03%

2136

0,42%

14077

2,75%

1109

0,22%

1518

72,9

7%15

748

3,08%

1788

33,4

9%AL

IM-‐18

2261

9351

0,52

0,39

3192

0,52%

440,0

1%32

360,5

2%9723

1,57%

1541

0,25%

1126

41,8

2%2139

0,35%

308

0,05%

2447

0,40%

11862

1,92%

1849

0,30%

1371

12,2

1%14

500

2,34%

1694

72,7

4%AL

IM-‐18

2359

0023

0,54

0,41

23294

3,95%

530,0

1%23

347

3,96%

12962

2,20%

748

0,13%

1371

02,3

2%3311

0,56%

280

0,05%

3591

0,61%

16273

2,76%

1028

0,17%

1730

22,9

3%37

058

6,28%

4064

96,8

9%AL

IM-‐18

2471

9642

0,59

0,40

1097

0,15%

00,0

0%10

970,1

5%13878

1,93%

512

0,07%

1438

92,0

0%4164

0,58%

141

0,02%

4306

0,60%

18042

2,51%

653

0,09%

1869

52,6

0%15

487

2,15%

1979

22,7

5%

TOTA

L59

9968

9361

7709

1,03%

3049

20,0

5%64

8201

1,08%

5542

190,9

2%82

131

0,14%

6363

511,0

6%41

1298

,420,6

9%94

251

0,16%

5055

500,8

4%96

5518

1,61%

1763

830,2

9%11

4190

0,51,9

0%12

8455

12,1

4%17

9010

12,9

8%

Cond

uctor

PÉRD

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kWh/

mes

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kWh/

mes

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Cobre

Total

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Total

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cular

esEm

presa

Cable

- 67 -

Estudio costo/beneficio de la implementación de una planta de cogeneración para una industria

láctea en el cantón CuencaSantiago MOSCOSO, Diego BECERRA, Marlon YANZAGUANO


[email protected]

Abstract-- At present, the ways of supplying energy for population are not very sustainable and should evolve over time dramatically. The adopted solutions should be environmentally friendly and economically profitable; the responsibility of finding these technologies and their implementations will depend on the scientific-technological community dedicated to these issues. Cogeneration is a concept that will be present in different forms of energy research for the future; therefore, this article proposes the useful of this technology in an industry.

This article will be about issues relating to cogeneration. Some of the most relevant topics are types of electrical cogeneration systems, fossil fuels, used for generation of electricity, and thermal energy. In addition, it will analyze the energetic demands of the factory “Lácteos San Antonio”. Also, there will be themes such as an estimate of the cogeneration system which could be implemented in the factory, the amount of heat required, the processes pasteurization and sterilization, the vapor pressure needed. On the other hand, it will perform a design of a cogeneration plant for teaching purposes.

Resumen-- Las formas de suministrar energía a la comunidad en la actualidad son muy poco sustentables y con el tiempo deberán evolucionar de manera radical. Las soluciones que se adopten deberán ser amigables con el medio ambiente y rentables económicamente, la responsabilidad de encontrar estas tecnologías y ponerlas en marcha será de la comunidad científico-tecnológica dedicada a estos temas. La cogeneración es un concepto que estará presente en las distintas formas de investigación energética del futuro por lo que se propone su utilización en una industria láctea.

El presente artículo tratará temas referentes a la cogeneración, entre los más relevantes podemos encontrar, tipos de sistemas de cogeneración eléctrica, combustibles fósiles utilizados para generación simultánea de electricidad y energía térmica, además se analizara las demandas energéticas de la fabrica “Lácteos San Antonio”, se realizará una estimación del sistema de cogeneración que se puede implementar en la fabrica mencionada, cantidad de calor requerida, procesos de pasteurización y esterilización, presión de vapor necesario, por otra parte se realizará el diseño de una planta de cogeneración con fines didácticos.

Palabras clave-- cogeneración, sistemas de optimización de energía, conversión energética, generación eléctrica.

I. INTRODUCCIÓN

En el siglo XX nos movimos básicamente con energía sucia (diesel, gas, carbón, etc.), el nuevo siglo abre las puertas a energías nuevas que ayuden a cuidar el medio ambiente, energías que se perfilan como la solución para el mundo que consume cada vez más kilovatios y combustible.

Desde inicios de la revolución industrial el petróleo, gas y el carbón, junto con la energía nuclear, proporcionan la energía para mover el mundo. Si seguimos consumiendo al ritmo actual, el cambio climático acabará con la humanidad.

El ser humano consume energía las 24 horas del día los 365 días del año. Como se puede percibir la energía es indispensable.

En este contexto, el uso racional de los recursos fósiles en la producción del efecto deseado con el mínimo consumo de recursos y contaminación al medio ambiente, se impone como un concepto básico y fundamental, que debería evolucionar más rápidamente a medida que las fuentes primarias se vayan agotando y el ecosistema siga contaminándose, para ello se requiere un gran esfuerzo en el desarrollo de tecnologías que vengan a sustituir a las existentes.

La humanidad ha venido consumiendo energía desde siempre y lo seguirá haciendo de una u otra manera, por esto se plantea la gran interrogante ¿Por cuánto tiempo más durará el petróleo en el mundo? Sin duda la respuesta exacta no se la puede dar, de lo que sí se puede estar seguro es que estos combustibles se nos están agotando, por esta razón se busca profundizar en nuevas formas de explotar al máximo los combustibles que nos sobran en el planeta, y la cogeneración es una herramienta válida y real que nos permitirá ser más eficientes energéticamente y está al alcance de la mayoría de la población.

En la actualidad en nuestro país para el año 2012 el ministro de Recursos Naturales No Renovables, Wilson Pástor Morris, informó que la producción petrolera del país será de 188 millones de barriles, equivalente a un promedio diario de 520000 barriles., donde indicó que EP Petroecuador (incluida Río Napo, operadora del campo Sacha) extraerá 82,6 millones de barriles; Petroamazonas EP producirá 59 millones, mientras que los restantes 46,4 millones provendrán de los campos administrados por la Secretaría de Hidrocarburos, y que son operados por compañías privadas bajo la modalidad de prestación de servicios.

Todos estos millones de barriles que se extraerán de la tierra ecuatoriana podrán ser aprovechados al máximo con los sistemas

- 68 -

de cogeneración, por esta razón se ve la necesidad de realizar la presente investigación e intentar dar los primeros pasos en la exploración de sistemas de cogeneración (generación combinada de energía eléctrica y calor en forma de vapor).

Para que sea viable la implementación de la cogeneración se necesita una determinada demanda térmica, pero también actúan otros factores como son; los precios de energía eléctrica y combustibles, capital de inversión, entre otros.

II. CONSECUENCIAS AMBIENTALES POR EL USO DESMEDIDO DE LA ENERGÍA

A. Lluvia ácida

Cuando los combustibles fósiles son quemados, el azufre, el nitrógeno y el carbono desprendidos se combinan con el oxígeno para formar óxidos. Cuando estos óxidos son liberados en el aire, reaccionan químicamente con el vapor de agua de la atmósfera, formando ácido sulfúrico, ácido nítrico y ácido carbónico, respectivamente. Esos vapores de agua que contienen ácidos , conocidos comúnmente como lluvia ácida entran en el ciclo del agua y, por tanto, pueden perjudicar la calidad biológica de bosques, suelos, lagos y arroyos.

B. Cenizas

La combustión de carburantes fósiles produce unas partículas sólidas no quemadas llamadas cenizas. Las plantas que queman carbón emiten grandes cantidades de cenizas a la atmósfera. Sin embargo, las regulaciones actuales existentes en muchos países exigen que las emisiones que contengan cenizas sean limpiadas o que las partículas sean controladas de otra manera para reducir esa fuente de contaminación atmosférica. Aunque el petróleo y el gas natural generan menos cenizas que el carbón, la contaminación del aire producida por las cenizas del combustible de los automóviles pueden ser un problema en ciudades en las que se concentra un gran número de vehículos de gasolina y diesel.

C. Calentamiento global

El dióxido de carbono es el principal subproducto de la combustión de los carburantes fósiles, esto es lo que conocemos como gas invernadero. Los gases invernadero absorben el calor del Sol reflejado en la superficie de la Tierra y lo retienen, manteniendo la Tierra caliente y habitable para los organismos vivos. No obstante, el rápido desarrollo industrial de los siglos XIX y XX ha provocado un incremento de las emisiones procedentes de la combustión de combustibles fósiles, elevando el porcentaje de dióxido de carbono en la atmósfera en un 28%. Este dramático incremento ha llevado a algunos científicos a predecir un escenario de calentamiento global que puede causar numerosos problemas medioambientales, como la destrucción de los modelos climáticos.

III. COGENERACIÓN

La real academia de la lengua española define la cogeneración como “Producción asociada de energía eléctrica y calor en una planta termoeléctrica, para su utilización industrial”1, entonces:

En términos conceptuales, la cogeneración consiste en la producción simultánea de energía eléctrica (o mecánica) y

vapor (o calor) a partir de una misma fuente de energía primaria (combustible).

Se identifica dos clases de cogeneración, cuando el trabajo para producir electricidad se obtiene de un flujo de energía térmica anterior a un proceso se lo llamara sistema superior, de manera inversa cuando la electricidad se obtiene del flujo de energía térmica de un proceso se lo llamara sistema inferior.

IV. EFICIENCIA ENERGÉTICA EN CENTRALES DE GENERACIÓN TÉRMICA VERSUS

CENTRALES COGENERADORAS

PERDIDAS EN CONDENSACION

48%

PERDIDAS EN CALDERAS

15%

OTRAS PERDIDAS2%

ENERGIA ELECTRICA CONSUMIBLE 35%

GENERACAION DE ENERGIA

CONVENCIONAL

Fig. 1 eficiencia energética de una central termoeléctrica

PERDIDAS EN CALDERAS

15%

OTRAS PERDIDAS1%

COGENERACION

Fig. 2 eficiencia energética de una planta de cogeneración

V. USOS DE LOS SISTEMAS DE COGENERACIÓN

La cogeneración a pequeña escala es una alternativa bastante atractiva y práctica para varias aplicaciones.

A. Sector: edificios y servicios:

Hospitales y centros sanitarios, Hoteles, Edificios de uso deportivo (piscinas, polideportivos), Edificios de uso educativo (escuelas, universidades...), Edificios de oficinas, Centros

1http://buscon.rae.es/draeI/SrvltConsulta?TIPO_BUS=3&LEMA =cogeneracion

- 69 -

de ocio, almacenes y supermercados, centros comerciales, restaurantes, lavanderías, viviendas y edificios de apartamentos.

B. Sector industrial

Industria alimentaria (láctea, cárnica, cervecera, etc.), Industria cerámica y de materiales de construcción en general,

C. Sector agrícola:

Horticultura e invernaderos, secaderos de cosechas o madera.

VI. PRETENSIONES DE LA COGENERACIÓN

Lo que pretende con los sistemas de cogeneración es:

A. Economizar

Los consumidores de energía pueden disminuir considerablemente sus facturas energéticas instalando plantas de cogeneración, reduciendo la cantidad de electricidad comprada a la empresa distribuidora y auto consumirla, porque no hasta venderla.

B. Preservar el medioambiente

Si usamos la cogeneración nos lleva a un ahorro de energía primaria y a reducir las emisiones de dióxido de carbono, que es el principal gas de efecto invernadero, puesto que de una misma fuente de energía se obtiene electricidad y calor por medio de agua caliente.

VII. PARTES CONSTITUTIVAS DE LOS SISTEMAS DE COGENERACIÓN

Se menciona algunas de las partes más importantes de un sistema cogenerador:

A. Turbina de gas

Se las usa porque muy fiables, y permiten recuperar gran cantidad de calor. Su funcionamiento no es muy complicado, básicamente consta de cinco etapas admisión, comprensión, combustión, expansión y escape. Cada una de estas etapas cumplen una función determinada; primeramente ingresa el aíre a un compresor enseguida el combustible empieza a quemarse en la cámara de combustión, luego el aíre pasa a una turbina en la cual se liberan los gases.

B. Turbina de vapor

Es la más usada históricamente, en la actualidad se ha disminuido su uso puesto que su rendimiento no es el deseado, se la usa por lo general en sistemas de ciclo combinado.

C. Recuperador de calor

Por lo general son calderas calentadas a base de combustibles fósiles.

D. Máquina de absorción

Es el encargado de generar frío a partir de energía térmica que se genera por la recuperación.

Fig. 3 Elementos de un sistema de cogeneración

VIII. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE COGENERACIÓN

A. Según la secuencia de generación y consumo

1) Sistemas de ciclo de cabecera: en este sistema, se usa un combustible el cual es el que aporta la energía necesaria al sistema de cogeneración para que así produzca al calor y la electricidad necesaria para el usuario.

Fig. 4 Esquema ciclo de cabecera

2) Sistemas de cola: En estos procesos, el calor o combustible residual, en caso de que lo hubiera se obtiene de un proceso industrial que el usuario ya tiene implementado.

- 70 -

Fig. 5 Esquema sistema de cola

B. Según la conexión del alternador.

Sistemas aislados: en estos sistemas, nuestro generador no está conectado a la red pública, por esta razón nuestro sistema de cogeneración deberá regular la potencia generada y la frecuencia de energía eléctrica.

Fig. 6 Esquema sistema aislado

1) Sistemas interconectados: en estos sistemas, el generador va estar conectado en paralelo a la red eléctrica pública, en cierta forma estos sistemas tiene la ventaja que la frecuencia de una u otra manera va a venir impuesta por la red pública, pero esto también implica que el usuario tenga que satisfacer ciertas especificaciones técnicas en la interconexión.

Fig. 8 Esquema sistema interconectado2

C. Según el motor térmico

2) Turbina de vapor: se usan generalmente para generar energía eléctrica a gran escala. En lo que respecta a cogeneración la turbina de vapor se limita a usuarios que trabajen un vapor de alta presión, o para vapor residual que no se pueda reutilizar.

La instalación de una planta de cogeneración con turbina de vapor dura por aproximadamente veinte años, realizar esta instalación es muy difícil puesto que se debe incluir una planta para el tratamiento de combustibles, una segunda planta para tratar los residuos contaminantes de la caldera, y una tercera planta para tratamiento del agua.

Las turbinas de vapor son muy fiables eléctricamente.

3) Turbina de gas: en esta clase de sistemas se obtiene el calor útil de los gases de escape de la turbina para lograr una mejor combustión se instala una etapa poscombustión, en el escape de la turbina.

Fig. 7 Sistema con turbina de gas

En estos sistemas las pérdidas se presentan en la caldera de recuperación, la poscombustión es posible ya que las turbinas de gas trabajan con un gran exceso de aire. Estas turbinas trabajan con; gas o combustibles líquidos. Las turbinas de gas tienen una puesta en marcha muy rápida pero a si mismo tiene limitaciones en cuanto al número de arranques, porque estos reducen la vida útil de la maquina.

Los sistemas de cogeneración con turbina de gas son fáciles de instalar y su mantenimiento es no muy costoso y rápido. Los inconvenientes que presentan son: contaminación auditiva, emisiones de nitrógeno a la atmosfera.

4) Ciclo combinado: estos sistemas se forman por la combinación de un ciclo vapor y un ciclo de gas; generalmente el ciclo de gas se ubica en cola, existen tres formas de extraer el calor útil de estos sistemas, del escape de la turbina de contrapresión, con una extracción de la turbina de contrapresión o de los gases de la turbina de gas.

Fig. 9 sistema con turbina de ciclo combinado8

Estos sistemas tienen un rendimiento eléctrico muy alto, otra ventaja es que los sistemas de ciclos combinados pueden trabajar de manera parcial brindando muy buen servicio; es decir pueden trabajar como ciclo de vapor, ciclo de gas, y ciclo combinado. El combustible más usado es el gas natural pero también se puede usar gasificación de carbón.

2 Fig. 8 de la página 181 del libro tecnologías energéticas dirigido por Vicente Bermúdez Edita servicio de publicaciones Imprime REPROVAL, S.L

- 71 -

En los sistemas de ciclo combinado es muy importante la caldera de recuperación puesto que es mucho más grande que las convencionales, y en ella se produce vapor a media y alta presión a partir del calor de los gases residuales de la turbina.

5) Motor alternativo: estos tipos de sistemas se transforman el combustible utilizado en energía mecánica mediante el cigüeñal el cual genera la electricidad luego de accionar el generador eléctrico. El sistema de recuperación de calor en estas tecnologías es más complicado y menos eficiente, es decir genera menos calor que los sistemas mencionados anteriormente.

Una característica muy especial de los sistemas con motor alternativo es que pueden quemar combustible de baja calidad. Es de fácil arranque y no tiene número limitación de números de arranques, se recomienda usar estos sistemas en industrias que tengan para diaria.

Los motores más usados para sistemas de cogeneración son los motores a Diesel, gasolina, gas, y el motor dual, aunque este se usa en menor medida. Se basan en la producción de vapor a baja presión máximo 10 bares.

Fig. 10 sistema con turbina de ciclo combinado9

IX. COMBUSTIBLES QUE PUEDEN USARSE PARA LA COGENERACIÓN

Pueden ser de muy diversos tipos:

üSólidos: carbon, leña,üLíquidos: gasolina y diesel, yüGaseosos: gas natural.

X. UBICACIÓN, EMPLAZAMIENTO Y CLIMATOLOGÍA DE LA CIUDAD DE

CUENCA

Para analizar los sistemas de cogeneración se requiere estudiar primeramente el clima del lugar donde se vaya a ubicar la planta de cogeneración; puesto que los cambios climatológicos influyen mucho en los sistemas de cogeneración, ya que si vamos a implementar una planta en la sierra no va hacer lo mismo que implementarla en la costa por que en climas calientes se necesita de menos temperatura para lograr el calor necesario por lo tanto menos combustible, pero así como se tiene esa ventaja también están las desventajas la principal sería la evaporación del diesel en caso de usar este combustible.

Los datos que se muestran a continuación dan una idea clara de las condiciones climáticas del lugar.

A. Localidad

Ecuador, Azuay, Cuenca.

B. Temperatura y humedad

Para realizar un estudio de cogeneración se debe establecer las condiciones medioambientales de la zona donde se desea implementar la planta.

Según datos obtenidos en el INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGÍA E HIDROLOGÍA (INAMHI), los cuales fueron dados por el observatorio más cercano ubicado en Gualaceo. Se puede observar que el último año de observación (2008) se presentaron las características climatológicas que a continuación se describen haciendo un promedio anual.

La temperatura del aire a la sobra máxima es de 23.6°C, mínima 11.2°C, promedio anual 17.3°C. La humedad relativa en un promedio anual es de 73%.

A continuación se muestra las hojas y tablas obtenidas del INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGÍA E HIDROLOGÍA (INAMHI).

Fig. 11 tabla estadística de la climatología en Cuenca3

Fig. 12 Distribución temporal de precipitacion4

3 meteorológico 2008 del INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGÍA E HIDROLOGÍA (INAMHI)

4 Fig 10 de la página 43 anuario meteorológico 2008 del INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGÍA E HIDROLOGÍA (INAMHI)

- 72 -

Fig. 13 Distribución temporal de temperatura5

C. Altitud: La ubicación geográfica de la ciudad de Cuenca 2550 metros sobre el nivel del mar.

XI. DATOS INDUSTRIA LÁCTEOS SAN ANTONIO

El primer dato que se debe analizar es la demanda de energía que presenta la industria tanto eléctrica como térmica, se percibe que en la fábrica durante su funcionamiento normal se necesita de energía eléctrica para producir frío, iluminación, fuerza, etc. Por otra parte se necesita de calor para procesos industriales básicamente para tratamiento de leche pasteurización y esterilización.

A. Consumo de energía eléctrica de la industria

En el siguiente cuadro estadístico se indica los consumos energéticos eléctricos de la fábrica que es objeto de estudio todos los datos están en KW.

Fig14. Energía eléctrica consumida de mayo a noviembre del año 20111

Claramente se ve, que en septiembre aumenta el consumo debido a que ya se empieza a elaborar producto en tetra pack en grandes cantidades debido a la demanda ocasionada por las festividades navideñas.La cantidad de energía eléctrica que necesita la fábrica en promedio es de 2374kwh mensual.

Por otra parte con el vapor del agua caliente se generara una presión de 3 bar en la pasteurización, y una presión de 6 bar en la parte de esterilización. Para generar este vapor se usa 1200 galones de diesel diarios en una semana se gasta 8400 galones en un mes 33600, y en un año 403200 galones.

Fig15. Demandas energéticas fabrica 1acteos San Antonio14

XII. PROCESO DE PASTEURIZACIÓN

En la industria láctea el proceso de pasteurización se desarrolla con tres pasteurizadores de tecnología APV. Cada uno de los pasteurizadores tiene una capacidad de procesar 6000 litros por hora.

Para el proceso de pasteurización en la fábrica se realiza un tratamiento térmico de la leche de 4 grados centígrados a 75 grados centígrados.

Primeramente se calienta la leche a 75ºC se retiene a esa temperatura por 20 segundos luego se enfría a 4ºC, una vez hecho este proceso se continua con el envasado.

XIII. PROCESO DE ESTERILIZACIÓN:

En este caso, la industria utiliza un esterilizador que tiene una capacidad de procesamiento de 4000 lt/hr, un segundo esterilizador con capacidad de 7000 lt/hr, y un tercero con una capacidad de 13000 litros hora, estos esterilizadores son de tecnología tetra pack.

Para este proceso, la fábrica objeto de estudio realiza un procesamiento térmico de la leche de 4 ºC a 140ºC.

Primeramente se calienta la leche de 4ºC a 140ºC por cuatro segundos, luego se enfría a temperatura ambiente para ser envasada en envase aséptico.

XIV. HORAS DE FUNCIONAMIENTO

La fábrica trabajara según se específica a continuación.üHoras/día: 16üDías/semana: 7üSemanas/año: 48

Por lo tanto el sistema de cogeneración deberá cubrir las necesidades de 5376 horas de funcionamiento anual pronosticando adicionalmente paros obligatorios periódicamente para dar mantenimiento al sistema de cogeneración, se estima que el tiempo total de mantenimiento será de 300 horas anuales para esto se deberá implementar un sistema auxiliar independiente que funcione a base de gas natural.

XV. SOLUCIÓN ADOPTADA PARA LA PLANTA DE COGENERACIÓN 5 Fig 11 de la página 43 anuario meteorológico 2008 del INSTITUTO

NACIONAL DE METEOROLOGÍA E HIDROLOGÍA (INAMHI)

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Según las especificaciones de la fabrica objeto de estudio se adopta la tecnologia que se describe a continuacion:

üSe usara un sistema con turbina de vapor.üMotor de combustión interna turboalimentado CATERPILLAR modelo G3516B 1000TL.üSe debe modificar para que use como combustible gas natural, porque este es mucho más barato que el diesel o la gasolina.üAlternador trifásico asíncrono de 50Hz.üTensión del generador 400v.üTensión de sincronismo 16Kv.

A. Esquema

Ingreso de comb ustible (gas natural)

Alternador trifásico

Turbina de vapor

Gas natural Vapor

Energía eléctrica

Fig16. Esquema de bloques de planta de cogeneración propuesta.

Fundamentalmente con la instalación de este sistema se desea aprovechar la energía que desperdicia el motor para generar calor a base de agua caliente.

La planta de cogeneración constara de un grupo motor generador y su combustible será el gas natural se estima que brindara una potencia eléctrica cercana a 1MW. Se deberá construir una edificación que sirva para instalar la central cogeneradora.

La demanda térmica excedente que requiere la industria se la obtendrá de las calderas existentes que trabajan con diesel.

La energía eléctrica obtenida del sistema de cogeneración se auto consumirá directamente en la fabrica para iluminación.

A continuación se describe los procesos para aprovechamiento del calor:

La energía térmica que se puede aprovechar en el motor proviene de los gases de escape del motor y del circuito de refrigeración del motor.

B. Gases de escape del motor

Se instala un equipo de recuperación de calor que esta formado por una caldera de agua caliente a la cual llegan los gases del escape del motor luego de pasar por una válvula que hace la función de bypass.

C. Circuito de refrigeración del motor

Hay diferentes formas de usar los circuitos de refrigeración, por ejemplo se puede aprovechar la refrigeración de la camisa de los cilindros, como también la refrigeración del circuito de aceite.

XVI. DISEÑO DE PROTOTIPO A PEQUEÑA ESCALA

A. Punto de partida para el diseño

Se especifica que el prototipo es básicamente con fines didácticos por lo su diseño esta mas bien orientado al aprendizaje mas no al campo industrial.

Para iniciar con el diseño del prototipo primeramente se aclara el punto de partida, a continuación se realiza una pequeña síntesis para iniciar con el diseño.

Empezamos determinando los instrumentos necesarios para la realizar el prototipo de cogeneración. Las principales necesidades que tenemos son:

1) Olla de presión.

2) Combustible fósil (gas, diesel, gasolina).

3) Un generador.

4) Máquina para quemar el combustible (cocina).

5) Tubo de cobre.

6) Válvula de presión.

Para el prototipo se plantea usar una turbina de vapor de ciclo simple que utilice calor residual.

B. Diseño

Con este diseño se pretende realizar una simulación de planta de cogeneración, con el fin de demostrar que el funcionamiento de estas centrales no es muy complicado, y que con una inversión que se amortizaría a mediano plazo se lograría tener una herramienta energética válida para ser implementada en el sector industrial.

Por motivos de demostración se pretende usar: una olla de presión de 20 litros, 8 metros de tubo de cobre de 5/16 pulgada, un cilindro de gas domestico, una cocina de un quemador industrial, una válvula medidora de presión en PSI, un ventilador para que funcione como generador.

La generación de vapor se realiza a partir de agua calentada que saldrá directamente de la olla de presión (modificada), en esta olla se debe acoplar el tubo de cobre y un medidor de presión para el vapor, este vapor emergerá al exterior por medio del ducto de cobre para luego mover el ventilador que estará ubicado en una posición donde pueda recibir la mayor cantidad de presión del vapor, con este se activará una carga; se aclara que por motivo de tiempo no se calcula en este artículo la potencia que generaría el prototipo diseñado.

Si se determina la potencia eléctrica que nos da el prototipo, se puede estimar la cantidad de electricidad que generaría el sistema de cogeneración propuesto para la industria objeto de estudio; realizando una relación entre los PSI obtenidos del prototipo y los PSI obtenidos de la presión de la fábrica.

El siguiente grafico presenta el modelo del diseño propuesto:

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Fig17. Prototipo diseñado con fines didácticos

XVII. CONCLUSIONES

El presente artículo tenía como propósito fundamental estudiar el costo beneficio de la implementación de una planta de cogeneración para una industria láctea, pero dada las limitaciones de tiempo y barreras institucionales no se pudo concluir con este fin, es por ello que la investigación abarca el análisis de los daños medioambientales del uso de energía fósil, características de los sistemas de cogeneración más usados basándonos en experiencias de otros países que actualmente emplean estas tecnologías, las necesidades energéticas de la industria láctea “LÁCTEOS SAN ANTONIO”, proponer una solución posible para la implementación de las tecnologías cogeneradoras en la industria objeto de estudio y elaborar el diseño de un prototipo de sistema de cogeneración con fines didácticos.

La cogeneración presenta grandes beneficios medioambientales versus la generación de electricidad común, a pesar de no estar dentro de las energías renovables es una alternativa muy sustentable para estudiar, desarrollar e implementar en la industria.

Al realizar este estudio se logró obtener contrastar información de los diversos sistemas de cogeneración existentes, permitiéndome afirmar que la tecnología que mayores prestaciones brinda es la de turbina de vapor, es por esta razón que se profundiza en este sistema de cogeneración además que la propuesta de solución tanto para la industria láctea como para el diseño del prototipo utiliza esta tecnología.

Se puede ver las grandes consecuencias medioambientales negativas que tiene la generación de energía eléctrica lluvia acida, cenizas residuales al quemar combustible, y el calentamiento global, estos daños medioambientales nos piden que los seres humanos tengamos conciencia del daño que se le produce al planeta con el consumo desmedido de energía fósil.

Las plantas de cogeneración son una tecnología muy eficaz, se la puede usar en varias aéreas, estas plantas serian una opción de generación energética eficaz y sobre todo la optimización de combustible que sería de gran utilidad para la comunidad industrial de la ciudad.

Se llega a determinar que al implementar un sistema de cogeneración en la industria se podría obtener grandes beneficios energéticos, los cuales se verían reflejados en los activos económicos de la empresa. Este beneficio necesita de una inversión la cual podría amortizarse en mediano plazo. Además del beneficio económico está el beneficio medioambiental puesto que se usa y se explota al máximo los combustibles fósiles.

Con el diseño y construcción de un prototipo de cogeneración con fines didácticos se puede incentivar a los estudiantes

universitarios a investigar sobre estos temas.

El prototipo que se diseñó en el presente artículo emula a un sistema de cogeneración con turbina de vapor de ciclo simple, este sistema aparte de ser muy fácil de implementar es muy eficiente si la industria tiene grandes cantidades de calor residual.

Uno de los objetivos primordiales planteados al inicio de la investigación fue la construcción del prototipo el cual fue truncado por motivos de tiempo. Se espera que futuras investigaciones continúen con el desarrollo de este tema y logren construir el mismo con el diseño que expuesto en el presente artículo.

RECONOCIMIENTOS

Un especial agradecimiento a la Industria “LÁCTEOS SAN ANTONIO”, en especial a sus funcionarios: Ing. Segundo Siguencia, Ing. Juan Carlos Molina, por facilitar los datos necesarios para la realización del presente proyecto.

Agradecer al Sr. Don Luis David Moncayo por facilitar los accesos a la fábrica de su propiedad y permitirnos obtener datos invaluables en el presente artículo.

Agradecimiento de forma especial al Ing. Walter Padilla por su importante intervención en las gestiones de socialización entre la empresa LÁCTEOS SAN ANTONIO y los investigadores.

De igual manera se brinda un especial agradecimiento a la Lcda. Verónica Sangurima por su participación en la traducción del resumen de este articulo.

XVIII. REFERENCIAS

[1] Donald Q. Kern, (1999). Procesos de transferencia de calor trigésima primera reimpresión). México

[2] Vicente Bermúdez, (2000). Tecnología Energética. Valencia

[3] INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGÍA E HIDROLOGÍA (INAMHI), (2008). Anuario meteorológico 2008. Quito-Ecuador

[4] Aníbal Borroto Norbelo; Aníbal Borroto Bermúdez, (1999). Sistemas de cogeneración. Estudio realizado por la universidad Cienfuegos de Cuba.

[5] García Garrido, Santiago, (2008). Cogeneración: diseño, operación y mantenimiento de plantas de cogeneración. Editorial: Díaz Santos.

[6] Mario Villares Martin. (2003). Cogeneración (Segunda edición). España

[7] Ramn Carreras Planells,Salvado Montserrat Ribas, (2006). Tecnología Energética Y Medio Ambiente II (Primera edición). Barcelona.

[8] Jesús Andrés Álvarez Flórez,Sergi Forns Farrús, (2002). Máquinas térmicas motoras, (primera edición). Barcelona.

[9] José María de Bona Numancia,José María de Bona. La Gestión Del Mantenimiento: Guía para el Responsable de la Conservación de locales e instalaciones. Madrid

[10] RAE. (1 de mayo del 2012). Rae. Recuperado el (1 de mayo del 2012, de sitio web de la Real Academia de la lengua Española (RAE): http://buscon.rae.es/draeI/SrvltConsulta?TIPO_BUS=3&LEMA=cogeneracion

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Guía para el aprendizaje de Electrónica de Potencia

Diego CÁRDENAS, Javier CABRERA



Abstract. The following article have to present the conceptual framework for the creation of a learning guide for Power Electronics in the career of Electrical Engineering at the “Universidad Católica de Cuenca”, which allows the improvement of teaching-learning system, offering a greater understanding and advancement of the subject.

Resumen. El siguiente artículo tiene como objetivo presentar el marco conceptual para la creación de un Guía para el aprendizaje de la Electrónica de Potencia en la Carrera de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Católica de Cuenca, el cual permita el mejoramiento del sistema enseñanza-aprendizaje, ofreciendo una mejor comprensión y mayor avance de la materia.

Palabras clave: Electrónica, Potencia, guía, simulador, prácticas.

I. INTRODUCCIÓN

El presente proyecto busca alcanzar mejor desempeño de las prácticas, además de niveles más óptimos en el aprendizaje de Electrónica de Potencia, promoviendo el mejoramiento del sistema enseñanza-aprendizaje, el cual ofrece una mejor comprensión y mayor avance de la materia. En la actualidad existen recursos y aplicaciones en software aplicativo para el aprendizaje de Electrónica de Potencia. Debido a los altos costos de la implementación de un laboratorio de potencia, se puede fomentar el uso de herramientas especializadas para el aprendizaje los cuales ofrecen una visión muy cercana a los elementos reales.

II. DESARROLLO DE SIMULACIONES PARA PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Electrónica de potencia

Se denomina electrónica de potencia a la rama de la ingeniería eléctrica que consigue adaptar y transformar la electricidad, con la finalidad de alimentar otros equipos, transportar energía, controlar el funcionamiento de máquinas eléctricas, etc.

El principal objetivo de esta disciplina es el procesamiento de energía con la máxima eficiencia posible, por lo que se evitan utilizar elementos resistivos, potenciales generadores de pérdidas por efecto Joule. Los principales dispositivos utilizados por tanto son bobinas y condensadores, así como dispositivos electrónicos semiconductores de conmutación para desarrollar equipos o sistemas convertidores que aseguran la transformación de la amplitud y/o frecuencia de las formas de onda que transportan la energía eléctrica.

Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control como

de suministro eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión sistemas eléctricos de potencia.

Descripción General.

La presente investigación da los lineamientos teóricos prácticos para el desarrollo de las prácticas profesionalizantes en la carrera de Ingeniería Eléctrica.

Para la presentación de los informes de las prácticas, se ha visto conveniente trabajar con formatos estándares de ingeniería, además del uso de herramientas especializadas (software de control) para ingeniería mismos que ayudan a los resultados de aprendizaje de la carrera:

A. Formato

El formato escogido para la elaboración y/o presentación de las prácticas de laboratorio es el Formato Internacional IEEE Anexo 1 (Institute of Electrical and Electronics Engineers /Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos), el mismo que contiene los siguientes datos:

1) Número de practica

2) Titulo

3) Datos personales

4) Resumen

5) Objetivos

6) Procedimiento

7) Análisis de resultados

8) Conclusiones

9) Referencias

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Fig.1 Formato de Práctica.

Fig.2 Formato de Práctica

A. Herramientas Especializadas.

Los simuladores seleccionados fueron el MATLAB (matrix laboratory/ laboratorio de matrices) conjuntamente con el PSPICE, herramientas utilizadas en su gran mayoría por los ingenieros, además al compararlos con otras aplicaciones similares, nos brindaron un mejor desempeño al momento del desarrollo de las prácticas.

1) MATLAB: Es un entorno de computación y desarrollo de aplicaciones totalmente orientado a proyectos en donde se encuentren implicados elevados cálculos matemáticos. Con el cual se realizan cálculos científicos así como de propósito general, los cuales pueden ser operaciones de cálculo, visualización y programación.

Los usos y aplicaciones típicas del MATLAB son:

- Matemáticas y cálculo. - Desarrollo de algoritmos.- Adquisición de datos.- Modelado y simulación.- Análisis y procesado de datos- Gráficos científicos y de ingeniería.

El tipo básico de variable con el que trabaja MATLAB es una matriz que no requiere ser dimensionada. Además MATLAB dispone de dos herramientas adicionales que expanden sus prestaciones, SIMULINK es un plataforma de simulación multidominio y GUIDE (editor de interfaces de usuario - GUI).

Simulink al ser un entorno de programación visual permite construir y simular sistemas de modelos físicos y sistemas de control mediante el uso diagramas de bloques (block sets). Los cuales permiten un desempeño más rápido de las actividades durante el desarrollo de la programación.

El entorno de MATLAB fue utilizado para realizar los cálculos matemáticos de las distintas prácticas, además permitió generar los gráficos en los cuales se observaron las características de las señales.

Fig.3 Onda generada en MATLAB

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Fig.4 Espectro de Fourier generado en MATLAB

Además con el uso de la librería Simulink se pudo verificar aspectos como la corriente, voltaje debido a que cuenta con dispositivos electrónicos.

Fig.5 Simulación de Bloques con SIMULINK

2) PSPICE: El programa SPICE se ha conformado como el mejor y el más utilizado simulador de circuitos electrónicos. Ya que si bien soporta el análisis de circuitos analógicos y digitales, es en el campo analógico donde PSPICE ha alcanzado su máxima utilidad.

De hecho PSPICE incluye un conjunto de programas que cubren las diferentes necesidades del usuario en el diseño electrónico. Desde la concepción de un circuito hasta su implementación.

PSPICE cuenta con:

- Un programa de edición gráfica de circuitos.- Un analizador de ondas u osciloscopio virtual.- Utilidades de edición y caracterización de componentes.- Un editor de estímulos. - Una aplicación específica para optimizar el comportamiento

del circuito.

El entorno de PSPICE permitió la simulación de circuitos con componentes específicos los cuales tienen características propias en su funcionamiento. Obteniendo resultados más cercanos a los reales. Además de permitir la simulación de dispositivos electrónicos para la medición y visualización de las señales generadas por el circuito global.

Fig.6 Diseño de circuito en PSPICE

Fig.7 Curva característica del diodo en PSPICE

También el programa nos permite modificar algunos parámetros en la simulación con lo cual logramos características más similares a las reales en el desarrollo de las prácticas.

Fig.8 Edición de características en PSPICE

B. Prácticas.

1) Elementos Analizados.

1.1 Fundamentos matemáticos: el primer parámetro analizado fue los fundamentos matemáticos con los cuales se comprendió las características de las señales eléctricas. Esto advierte el análisis en el dominio de “s” mediante La Transformada de Laplace. Practica#1

Con la ayuda de los programas de simulación se puede

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graficar las señales que en el dominio del tiempo son complejas de observarlas a simple vista.

Posteriormente se realiza los cálculos de Potencia, energía de los diferentes tipos de señales.

1.2 El diodo: el diodo es un dispositivo electrónico conocidos como el interruptor electrónico más simple. No puede ser controlado en el sentido de que la tensión y corriente determinan su estado de conducción.

Es así que realizamos distintas simulaciones para determinar cada una de sus características tanto en funciones individuales como en conjunto. Es así que individualmente se determinaron las características estáticas y dinámicas de un diodo (1N4007) en el entorno de PSPICE. Con lo cual se obtuvo: Características Estáticas (Práctica#2):

- Parámetros en conducción.- Parámetros en bloqueo (polarización inversa).

Características dinámicas(Práctica#3):

- Tiempo de recuperación inverso (trr). - Influencia del trr en la conmutación. - Tiempo de recuperación directo.

Características que permitieron generar una idea del comportamiento aproximado de este elemento y los fenómenos que se producen tales como la corriente de recuperación inversa.

Fig. 9 Tiempo de recuperación inversa del diodo.

1.3 Rectificadores: en el análisis en conjunto de los diodos se realizó las simulaciones de los rectificadores. Los cuales tienen la finalidad de generar una onda de tensión o corriente que tenga una determinada componente continua.

Los cuales pueden clasificarse en:

- Por el tipo de señal entrada.(Practica#6)

o Monofásico.o Trifásico.

- Por el tipo de señal de salida.(Practica#4)

o De media ondao De onda completa.

- Por el tipo de semiconductores que utilizan. (Practica#5)

o No controlado.o Semicontrolado.o Controlado.

Es así que el desarrollo de las simulaciones nos permitió generar rectificadores monofásicos y trifásicos lo cuales a su vez podían ser de media onda u onda completa.

Fig.10 Rectificación de media onda no controlada

Fig.11 Rectificación de onda completa no controlada

1.4 Tiristores.

Los rectificadores al poseer la característica de ser controlados incluyeron nuevos elementos en el desarrollo de las prácticas conocidos como tiristores. Los cuales son dispositivos electrónicos utilizados en circuitos electrónicos donde se necesita controlar su activación para el procesamiento de la señal. Comúnmente poseen tres pines y entre los principales tenemos:

- Rectificador Controlado de Silicio (SCR).

- Tríodo para corriente alterna (TRIAC)

- Tiristor de bloqueo por puerta (GTO)

- Tiristor controlado de metal oxido semiconductor (MCT)

La característica de estos dispositivos es la necesidad de una tensión ánodo- cátodo positiva conjuntamente con una señal en el pin de control (compuerta), permitiendo la activación o desactivación del dispositivo.

Es con estos dispositivos con los cuales se trabajó para realizar las simulaciones de los rectificadores controlados, los cuales necesitan una señal de disparo en la simulación.

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Fig.12 Circuito de Rectificador controlado

Fig.13 Rectificación de media onda controlada

Además estos tipos de circuitos fueron también implementados en simulink permitiendo una comparación de los simuladores.

Fig.14 Rectificación monofásica de onda completa no controlada en Simulink.

Fig.15 Rectificación trifásica de onda completa no controlada en Simulink.

El desarrollo de los distintos tipos de rectificadores permitió visualizar y comprender las diferencias entre los tipos de rectificación.

Además dependiendo de las características del rectificador se pudo determinar el uso del mismo.

IV. CONCLUSIONES

En el presente trabajo de investigación las conclusiones adquiridas fueron:

Existen procesos innovadores con las cuales se puede apoyar, complementar y mejorar el aprendizaje de Electrónica de Potencia.

El software de control (simulador) brindan cálculos exactos los cuales al ser comparados con resultados prácticos difieren, debido a diferentes causas tales como la tolerancia de componentes, además de los errores de medición.

Los simuladores brindan una idea del funcionamiento de los dispositivos inmersos en los diferentes procesos del circuito.

Un formato uniforme para la presentación de los resultados de las prácticas de laboratorio, permite regirse a lineamientos predeterminados con los cuales se genera una guía para agilizar este proceso.

Además con respecto al tema específico de la materia de electrónica de potencia se ha dado un lineamiento con respecto al software aplicativo, el cual puede ser implementado para el desarrollo más comprensible de la materia, lo cual conlleva a mejores resultados en el aprendizaje y desempeño estudiantil.

Finalmente observamos que los sustentos teóricos deben ir anexos a la práctica, pues los mismos merecen una aplicación práctica, la cual demuestre su importancia en el ámbito aplicativo.

RECONOCIMIENTOS

En primer lugar quisiera agradecer al Ing. Michael Cabrera por ofrecer su ayuda y colaboración incondicional en el proceso investigativo. Además un extensivo agradecimiento a los estudiantes ejecutores por el apoyo brindado para la investigación en su continuo proceso de aprendizaje.

V. REFERENCIAS

[1] Electronica, D. d. (2006). Universidad de Castillana La Mancha. Recuperado el 25 de 3 de 2012, de Universidad de Castillana La Mancha: http://www.uclm.es/area/gsee/aie/circuitos/PSPICE-esp.pdf

[2] Garcia, J., & Rodriguez, I. J. (2005). Escuela Superior de Ingenieros Industriales, Universidad de Navarra. Recuperado el 18 de Marzo de 2012, de Escuela Superior de Ingenieros Industriales, Universidad de Navarra:

[3] http:/ /mat21.etsii .upm.es/ayudainf/aprendainf/Matlab70/matlab70primero.pdf

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[4] Hart, D. (2001). Electronica de Potencia. Madrid: Prentice.

[5] HEUMANN, K. (1981). Fundamentos de la electrónica de potencia / K. Heumann. Madrid: Paraninfo.

[6] LORENZO, S., RUIZ, J., & MARTIN., A. (1997). Simulación, Control Digital y Diseño de Convertidores Electrónicos de Potencia mediante PC. Madrid: Lab-CDI.

[7] Applications and Design. New York: John Willey & Sons.

[8] Moore, H. (2007). MATLAB para Ingenieros. Boston: Prince Hall.

[9] Pontificia, D. d. (Octubre de 2000). Universidad Pontificia Comillas Madrid. Recuperado el 25 de Marzo de 2012, de Universidad Pontificia Comillas Madrid: http://gauss.des.icai.upco.es

[10] Rashid, M. (2005). Electronica de Potencia. Mexico, Mexico: Pearson.

[11] Segier, G. (1987). ELECTRÓNICA DE POTENCIA: LOS CONVERTIDORES ESTÁTICOS DE ENERGÍA. CONVERSIÓN ALTERNA CONTINUA. Gustavo Giíi.

[12] VELASCO BALLANO J, O. V. (1998). Sistemas Electrónicos de Potencia. Electrónica de regulación y control de potencia. Paraninfo.

[13] ZAMORA IZQUIERDO, M. A., & VILLALBA MADRID, G. (2004). Problemas de Electronica con PSPICE. Murcia: Universidad de Murcia.

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Anexo 1: Formato de práctica

Práctica N°1

Obtención de la Serie de Fourier a través de MATLAB

Diego Patricio Cárdenas Cordero E-mail:[email protected]

Resumen. Una serie de Fourier es una serie infinita que converge puntualmente a una función periódica y continua a trozos(o por partes). Las series de Fourier constituyen la herramienta matemática básica del análisis de Fourier empleado para analizar funciones periódicas a través de la descomposición de dicha función en una suma infinita de funciones senoidales mucho más simples (como combinación de senos y cosenos con frecuencias enteras). El nombre se debe al matemático francés Jean-Baptiste Joseph Fourier que desarrolló la teoría cuando estudiaba la ecuación del calor. Fue el primero que estudió tales series sistemáticamente, y publicando sus resultados iniciales en 1807 y 1811. Esta área de investigación se llama algunas veces armónica. Es una aplicación usada en muchas ramas de la ingeniería, además de ser una herramienta sumamente útil en la teoría matemática abstracta.

1 Objetivo GeneralRealizar el cálculo numérico de la serie de Fourier de una onda cuadrada de voltaje con amplitud de 170 V y frecuencia de 60 Hz.

1.1 Objetivos específicos- Familiarizarse con el entorno de trabajo de

MATLAB y su lenguaje de programación

- Aprender a usar herramientas que nos permitan el trabajo con señales su filtrado y programación.

2 Procedimiento2.2 Marco Teórico

Una serie de Fourier es una serie infinita que converge puntualmente a una función periódica y continua a trozos(o por partes). Las series de Fourier constituyen la herramienta matemática básica del análisis de Fourier empleado para analizar funciones periódicas a través de la descomposición de dicha función en una suma infinita de funciones sinodales mucho más simples (como combinación de senos y cosenos con frecuencias enteras). El nombre se debe al matemático francés Jean-Baptiste Joseph Fourier que desarrolló la teoría cuando estudiaba la ecuación del calor. Fue el primero que estudió tales series sistemáticamente, y publicando sus resultados iniciales en 1807 y 1811. Esta área de investigación se llama algunas veces Análisis armónico.

Es una aplicación usada en muchas ramas de la ingeniería, además de ser una herramienta sumamente útil en la teoría matemática abstracta. Áreas de

aplicación incluyen análisis vibratorio, acústica, óptica, procesamiento de imágenes y señales, y compresión de datos. En ingeniería, para el caso de los sistemas de telecomunicaciones, y a través del uso de los componentes espectrales de frecuencia de una señal dada, se puede optimizar el diseño de un sistema para la señal portadora del mismo. Refiérase al uso de un analizador de espectros.

Las series de Fourier tienen la forma:

Donde

y se denominan coeficientes de Fourier

de la serie de Fourier de la función f(x)

2.2 Desarrollo1. Abrir el editor de MATLAB y definir las variables de amplitud, periodo, frecuencia angular, y los vectores de tiempo y voltaje.

T=1/60;fo=60;wo=2*pi/T;A=170;N=10e4;% Numero de muestras en la señalt=linspace(0,T,N);v(1:N/2-1)=A;v(N/2:N)=-A;

2. Calcular los primeros 10 coeficientes de Fourier utilizando una integración numérica de tipo trapezoidal (trapz), y guardar los coeficientes en vectores.

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a0=trapz(t,v);a=[]; b=[];M=10;% Numero de armónicosfor i=1:M;a(i)=2*trapz(t,v.*cos(i*wo*t))/T;b(i)=2*trapz(t,v.*sin(i*wo*t))/T;end;n=[0 1:M];% Arreglo de índices de armónicosc=[a0 sqrt(a:2+b:2)];% Amplitud total de los armónicos

3. Graficar las señales originales y el espectro en una solo grafica utilizando los comandos área y stem.

figure;subplot(2,1,1); area(t,v); gridon;xlabel(‘tiempo’); ylabel(‘Volts’);axis([0 1/fo -1.25*A 1.25*A]);subplot(2,1,2);stem(n*fo,c); gridon;xlabel(‘frecuencia (Hz)’); ylabel(‘amplitud’);

Fig.1 Voltios VS Tiempo

Fig. 2 Espectro de Laplace

4. Realizar una película donde se vea el efecto la aproximación de la serie de Fourier en función del número de armónicos. Utilizar los comandos getframe y movie.

Figure;vf=a0*ones(1,N);for i=1:M;vf=vf+a(i)*cos(i*wo*t)+b(i)*sin(i*wo*t);plot(t,v,’c’,t,vf,’b’); gridon;xlabel(‘tiempo’); ylabel(‘Volts’);axis([0 1/fo -1.25*A 1.25*A]);Mov(i)=getframe;end;movie(Mov,[],1);

Fig. 3. Aproximación de la Serie de Fourier.

2.3 Análisis de Resultados

2.3.1 Equipo necesario

- Computadora personal,

- MATLAB/SIMULINK.

2.3.2 Materiales utilizados

- Datasheet MATLAB

- Impresiones.

- Lápiz, esferográficos, borrador

3. Conclusiones Se logró determinar la serie de Fourier de una señal mediante el uso de MATLAB.

4. Referencias

[1] HEUMANN, K. (1981). Fundamentos de la electrónica de potencia / K. Heumann. Madrid: Paraninfo.

[2] Moore, H. (2007). MATLAB para Ingenieros. Boston: Prince Hall.

[3] García, J., & Rodríguez, I. J. (2005). Escuela Superior de Ingenieros Industriales, Universidad de Navarra. Recuperado el 18 de Marzo de 2012, de Escuela Superior de Ingenieros Industriales, Universidad de Navarra:] h t t p : / / m a t 2 1 .etsii.upm.es/ayudainf/aprendainf/Matlab70/matlab70primero.pdf

[4] Rashid, M. (2005). Electronica de Potencia. Mexico, Mexico: Pearson.

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Anexo 2: Prácticas propuestas

Practica #1: Obtención de la Serie de Fourier a través de MATLAB.

Practica #2: Características estáticas de los diodos.

Practica #3: Características Dinámicas de los diodos.

Practica #4: Rectificación Monofásica de media onda y onda completa no controlada.

Practica #5: Rectificación Monofásica de media onda y onda completa controlada

Practica #6: Rectificación Trifásica no controlada.

Practica #7: Rectificación en sistemas polifásicos – conexión estrella.

Practica #8: Rectificación en sistemas polifásicos – conexión triángulo.

Practica #9: Fuentes de alimentación variable.

Practica #10: Amplificadores CLASE A.

Practica #11: Amplificador CLASE A con transformador.

Practica #12: Amplificadores CLASE B.

Practica #13: Amplificadores CLASE C.

Practica #14: Amplificadores CLASE D.

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Automatización de los dispensadores de combustible de una estación de servicio manual.

Oscar SANCHEZ, Pedro LEON, Abel DUTAN, Jaime CUYO


[email protected]@[email protected]

[email protected]

Abstract—This document is a research that provides a simple and inexpensive alternative to the modernization of old fuel dispensers, which are still used in some gas stations, using elements or parts that are locally and are affordable in relation the cost of an automatic dispenser of current technology, it was decided to use a PIC microcontroller, a keyboard for data entry, a display for viewing and a solenoid valve with choke, to dispatch without the permanent operation of personnel, fuel dispenser . It uses the existing electrical system as a whole dispenser control and above all special consideration of the safety instructions contained in these systems.

Resumen— Este documento es una investigación que provee una alternativa sencilla y económica para la modernización de los dispensadores de combustible antiguos, que todavía se emplean en algunas estaciones de servicio del medio, utilizando elementos o partes que se encuentran en la localidad y que son asequibles en relación al costo de un dispensador automático de tecnología actual, se ha optado por emplear un microcontrolador PIC, un teclado para ingreso de datos, un display para visualización y una electroválvula con estrangulamiento, para despachar sin la operación permanente del personal, del surtidor de combustible. Se utiliza la totalidad del sistema eléctrico existente de control del dispensador y sobre todo se tiene especial consideración de las normas de seguridad especificadas en estos sistemas.

Palabras clave: Automatización, microcontrolador, programación, dispensador de combustible.

I. INTRODUCCIÓN

El proyecto tuvo como objetivo automatizar los dispensadores de combustibles de tecnología antigua.

Para realizar este proyecto se utilizó la tecnología de los microcontroladores por ser una tecnología conveniente en este caso porque se consiguió la automatización de manera confiable y sencilla.

La automatización consistió en mejorar el sistema de despacho que en ese momento ofrecían los dispensadores, el proyecto ahora permite ingresar una cantidad a ser despachada en dólares, el sistema tiene la capacidad de apagar el dispensador cuando se despacha la cantidad establecida.

Para ello, se implementó un censado de caudal para poder cuantificar la cantidad de combustible despachado.

Ahora cuando mediante teclado se ingresa una cantidad a ser despacha se activa una electroválvula, el dispensador comienza a despachar y el micro controlador empieza a calcular la cantidad que se está despachando mediante el censado del caudal, cuando el valor despachado está próximo a cumplir al valor indicado, el microcontrolador desactiva la primera electroválvula y comanda la electroválvula con estrangulamiento que reduce el caudal de combustible cuando está próximo a completarse la cantidad deseada, una vez completada la misma, esta última se desactiva concluyendo el proceso.

II. TEXTO

El proyecto controla el flujo de combustible de un surtidor modelo antiguo, mediante la inserción de una electroválvula en el ducto de despacho manual de combustible, la misma que es comandada por un microcontrolador programado en lenguaje C cuyos periféricos principales son un teclado para ingreso de datos y un display para visualización (Fig. 1). El diseño se desarrolló en base a la utilización de los pulsos eléctricos que se obtienen a la salida del sensor óptico de caudal del fluido, que es existente en el dispensador.

Fig. 1. Surtidor reconstruido marca TOKEHIM, serie 162A estilo Premier dos mangueras dos productos.

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A. Métodos y materiales.

El proyecto automatiza el sistema de despacho de combustible de un surtidor antiguo, similar al modelo TOKEHIM serie 162A estilo Premier tres mangueras tres productos.

Este modelo 162A es un modelo reconstruido, que inicialmente se utilizó en los EEUU en la década de los noventa; los distribuidores nacionales importaron estos dispensadores y realizaron modificaciones y reparaciones en su estructura, en su funcionamiento mecánico y en su funcionamiento electrónico haciéndolos operativos nuevamente y los comercializaron en el País. A pesar de estos cambios y mejores realizadas, estos dispensadores son prácticamente manuales, donde el personal debe permanecer todo el tiempo que dura el despacho del combustible, operando el equipo.

Al no permitir una programación para el funcionamiento automático, y por ende mantener al personal todo el tiempo en el equipo, este no puede realizar otras tareas como facturar tomar datos o atender a otro cliente.

Como puede verse esta programación es muy necesaria para el despacho de combustibles en una estación de servicio.

Lo que se hizo es diseñar un sistema automático de control de combustibles, que permite mejorar el funcionamiento de este tipo de dispensadores.

Y se los hizo porque en la estación de servicio se vuelve muy necesario solucionar el inconveniente mencionado y contar con este tipo de dispensadores mejorados, que esencialmente permiten ahorrar el tiempo que un despachador emplea en vender combustible, tiempo que puede ser aprovechado por realizar otra actividad, dando como resultado mayor eficiencia en la operatividad de este tipo de empresas.

Los principales materiales y equipos que se utilizaron en la automatización fueron un microcontrolador PIC programado en lenguaje C, una electroválvula específica para combustibles y un sensor de caudal, existente en el equipo.

Se hace una breve descripción de sus principios, fundamentos y características, para posteriormente desarrollar la metodología que se utilizó en la ejecución del proyecto.

1) Electroválvulas: Una electroválvula es una válvula electromecánica diseñada para controlar el flujo de un fluido a través de un conducto. La válvula esta controlada por una corriente eléctrica que circula a través de una bobina o solenoide.

Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula (Fig. 2). El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula.

Fig. 2. Esquema de electroválvula.

A.- Entrada, B.- Diafragma, C.- Cámara de presión, D.- Conducto de vaciado de presión, E.- Solenoide, F.- Salida.

Para el caso actual, es decir para el surtidor de combustible, se utilizó la electroválvula de combustible Serie 230, EExm II T4, 230/20/AL, 34T., manufacturada por la empresa Automatic Control Valves, s.l, que es una electroválvula con dos solenoides uno para el flujo normal de combustible que en esta válvula, es de máximo y el otro para el estrangulamiento, con un caudal máximo de 2) Sensores de caudal (Fig. 3): Los sensores de caudal usan diferentes principios para la medición como son métodos mecánicos, ópticos, eléctricos, diferenciales, etc. El caudal es la cantidad de material, en peso o volumen, que fluye por unidad de tiempo.

Fig. 3. Sensor de caudal basado en el principio de la presión diferencial

Los Sensores de caudal ópticos son todos aquellos que son capaces de detectar todos aquellos factores a través de un lente óptico. Un sensor óptico se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la materia (Fig. 4).

Podemos medir la atenuación-transmisión espectral de luz, a través de un determinado medio que nos permitirá encontrar los elementos discretos presentes en ese medio y su concentración.

Como es lógico, a los sensores, se les debe exigir la siguiente serie de características: Exactitud, precisión, rango de funcionamiento, velocidad de respuesta, calibración, fiabilidad, coste y facilidad de funcionamiento.

Fig. 4. Sensor de caudal de combustible, principio de funcionamiento mecánico-óptico.

El sensor que se utilizó en el proyecto fue el existente en el surtidor de combustible, este sensor es una combinación de sensor mecánico, óptico que traduce una señal óptica obtenida

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al producirse un giro del sistema mecánico, mediante un transductor de señal, al final se obtienen pulsos eléctricos de 5Vcc. Para obtener esta señal se comprobó en campo la señal de salida de dicho sensor utilizando un osciloscopio. 3) Microcontroladores: Un micro controlador es un circuito integrado, que en su interior posee la arquitectura de un computador es decir, un CPU, memorias RAM, EEPROM, y circuitos de entrada y de salida.

La familia de microcontroladores PIC fabricados por la empresa Microchip, son ampliamente utilizados debido a su gran variedad, gran versatilidad, gran velocidad, bajo consumo de energía y gran disponibilidad de software para su programación.

La arquitectura del PIC18FXXX utiliza un procesador con arquitectura Harvard, consiguiendo un gran rendimiento en el procesamiento de las instrucciones ver Fig. 5, Fig. 6. Esta arquitectura utiliza dos bloques de memorias independientes, una contiene instrucciones y la otra solo datos, es posible realizar operaciones de acceso lectura o escritura simultáneamente en las 2 memorias.

Fig. 5. Microcontrolador PIC18F452 utilizado en el proyecto.

El PIC es fabricado con tecnología CMOS por lo que su consumo de potencia es muy bajo y es completamente estático, lo que significa que si el reloj se detiene los datos de la memoria RAM no se pierden mientras este sigue alimentado. Por todas estas características se utilizó este microcontrolador para desarrollar el proyecto.

Fig. 6. PIC18F452 Identificación de pines

4) Recopilación de pulsos eléctricos: El método o técnica que se utilizó para el diseño del proyecto consiste en recopilar los pulsos eléctricos enviados por el sensor óptico del dispensador a través de un pin del micro controlador, recopilar la información (cantidades en dólares) que el despachador de

la estación de servicios ingresa mediante un teclado y realizar una comparación entre estas dos señales o datos ingresados al programa.

Fig. 7. Señal de salida del sensor óptico de caudal.

Al mismo tiempo el microcontrolador, en una primera etapa, activa la primera bobina de la electroválvula, para luego cuando este por concluir el despacho, desactivar esta y comandar la segunda bobina de estrangulamiento de la electroválvula en una segunda etapa disminuyendo el flujo de combustible que se está despachando y en una etapa final desactivando la segunda bobina, lo que provoca el cierra total de la electroválvula, impidiendo el flujo de combustible.

Para comprobar la existencia de los pulsos eléctricos a la salida del sensor óptico se conectó un osciloscopio a sus salidas, y se obtuvieron los siguientes resultados ver Fig. 7:

- El nivel de voltaje de cada pulso: es de 5V.

- Periodo: es de 60ms aprox.

5) Colocación de sensores magnéticos: Fue necesario incorporar al dispensador un sensor magnético que indique al microcontrolador que el dispensador ha sido encendido.

El sensor magnético esta conformado por dos partes, cuando estas partes se juntan permanece cerrado un interruptor interno y cuando se separan se produce la apertura del mismo, esto se utiliza en el programa para ingresar señales al PIC en forma de estados lógicos (0, 1) para indicar el estado de encendido o apagado del dispensador.

Se fijó la primera parte del sensor junto a la base y la segunda en la parte superior de la palanca, de esta forma se consigue activar el sensor cuando el despachador de la estación de servicio alza la palanca de encendido.

Cuando el sensor es activado se envía una señal al pin 33 RBO (INT0) del micro controlador, esta señal sirve para indicar que hay una manguera activada.

Como el proyecto fue diseñado para tres mangueras (súper, extra, y diesel 2), se colocaron tres sensores magnéticos, uno por cada manguera, de forma que estén acoplados a la palanca de encendido de cada dispensador.

6) Colocación de teclado y del LCD: Para ingresar y visualizar la cantidad de combustible por despachar fue necesario colocar en el dispensador un teclado y un display.

Estos componentes fueron empotrados en una parte visible

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y de fácil acceso, lo que permite que haya comodidad y facilidad para el despachador a la hora de ingresar los datos y acceso visual para el cliente.

7) Cables de conexión: Empotrados los sensores ópticos, el teclado, y el LCD en el dispensador; fue necesario realizar las conexiones entre estos componentes y el micro controlador, para lo que se utilizó cables eléctricos tipo THHN, por ser conductores que tienen un aislamiento de gran resistencia a los elementos y productos como aceites y combustibles que son corrosivos y están presentes en el local.

Todos los cables eléctricos que se utilizaron, tanto los que se conectan a la tarjeta electrónica, a los componentes electrónicos (sensor óptico, electroválvula, teclado, LCD), y los cables de alimentación; se instalaron por el interior de tuberías metálicas tipo antiexplosivas. Por normas de seguridad establecidas para estas edificaciones, se escogió este tipo de tubería debido al ambiente inflamable existente en las estaciones de servicios.

8) Diseño Programa: Se tomó en consideración los objetivos del proyecto; en base a estos objetivos se estableció todas las condiciones que debe cumplir el programa.

Una vez que se identificaros todas las condiciones, se escribió el código del programa utilizando el lenguaje de programación C; el código fue compilado en el compilador PIC C y posteriormente grabado en un micro controlador 18F452. El código del programa se adjunta en el anexo 1.

9) Diseño del circuito impreso (PCB): El diseño del circuito se realizó en el programa ISIS7 Profesional, después de verificar el correcto funcionamiento se procedió a diseñar el PCB, este diseño se lo realizó en el programa ARES 7 Profesional; los siguientes pasos consistieron en revelar el diseño PCB en una placa de baquelita, colocar y soldar cada uno de los componentes, al final se obtuvo la tarjeta electrónica que controla el sistema. El diseño del circuito y PCB se encuentran en el anexo 2 y 3 respectivamente.

10) Alimentación para la tarjeta electrónica y para la electroválvula: El propio dispensador dispone de una fuente de alimentación de corriente continua, el nivel de voltaje que existe es 12V; esta fuente de voltaje tiene las protecciones adecuadas contra variaciones de voltaje y cortocircuitos. Se aprovechó esta fuente de alimentación que esta disponible en el dispensador para alimentar a la tarjeta electrónica y a la electroválvula.

11) Colocación de la tarjeta electrónica: Esta tarjeta se colocó en el interior del dispensador, en un lugar donde este protegida contra: golpes, manipulaciones, vibraciones, ingreso de agua y lo mas alejada posible de gases de combustibles, con esto se logró reducir el riesgo de accidente en la estación de servicios.

12) Colocación de la electroválvula: En el dispensador existe una tubería metálica galvanizada de 3/4’’ que va desde el marcador hasta la parte superior del dispensador (aquí se une con una manguera exterior). Esta tubería es la que transporta el combustible.

Lo que se hizo fue cortar esta tubería, abrir rosca en las puntas cortadas, y acoplar la electroválvula (3/4’’) junto con un nudo universal (3/4’’), a las puntas roscadas para dar mantenimiento o para poder remplazar con facilidad la electroválvula en caso de

avería.

La electroválvula se colocó en un lugar de fácil acceso, en donde se pueda manipular con facilidad las herramientas.

13) Pruebas de funcionamiento: Una vez que se colocaron e instalaron todos los componentes (el sensor, el teclado, el LCD, la tarjeta electrónica, y la electroválvula), se realizó una etapa de comprobación que consistió en verificar que todos los componentes están bien colocados e instalados.

Solo luego de esto se ejecutó las pruebas de funcionamiento.

Se alimentó a la tarjeta electrónica, se probó el sistema, activando la palanca de encendido del dispensador, y se empezó a despachar combustible.

Se observó los resultados y se realizaron las correspondientes, modificaciones o correcciones, y calibraciones; según se presentaban los errores.

14) Pruebas finales: Se siguieron realizando varias pruebas, hasta comprobar que el sistema no presente problemas en su funcionamiento. Cuando esto ocurrió se cumplieron los objetivos planteados y se concluyó el proyecto.

B. Resultados.

Los primeros resultados obtenidos fueron los que corresponden a la obtención y medición de los pulsos que entrega el sensor óptico; estas mediciones se hicieron utilizando un osciloscopio, la amplitud del voltaje que tiene el pulso es de 5V, y su periodo es de 60mS aprox.

Después de que se empotró el sensor magnético en el dispensador, se utilizó un multímetro para comprobar si es que el sensor se estaba activando cuando se alzaba la palanca de encendido del dispensador, y se encontró con la novedad, de que no siempre el sensor emitía señal al alzar la palanca de encendido, lo que se traducía en fallas esporádicas en el encendido del dispositivo.

Se obtuvo otros resultados cuando se realizaron las pruebas de funcionamiento, al activar la palanca de encendido del dispensador y al ingresar una cantidad por el teclado se observó que al despachar combustible se visualizaban los datos en el LCD.

Así también, se observó que el flujo de combustible se redujo un poco antes de despachar la cantidad solicita, cuando ya se despachó toda esta cantidad dejo de haber flujo de combustible.

Se cumplió así el objetivo del proyecto.

C. Discusión.

En los primeros resultados que se obtuvieron, respecto a la señal de activación que entrega el sensor magnético, se observó que no siempre el sensor emitía señal al alzar la palanca de encendido. Esto se debió a las dos partes del sensor magnético no se estaban acercando los suficiente y por consiguiente, no se podía completar el ciclo magnético de este sensor. Lo que se hizo fue, empotrar el sensor un poco mas arriba en el dispensador de manera que cuando se mueva la palanca estos sensores queden más próximos y se cierre el circuito magnético, con esto se solucionó el problema.

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Se podrían hace una mejora futura en este diseño, que consistiría en cambiar la forma de ingresar los datos y cambiar la forma de visualizar los mismos.

En vez de ingresar los datos mediante un teclado telefónico y visualizarlos en un LCD, se podría utilizar un pantalla touch screen la cuál serviría tanto para visualizar como para ingresar datos.

Una limitación que se presentó para la ejecución del proyecto, fue que en nuestro país no existen el tipo de electroválvulas que se propuso en este documento ya que son de importación, o en su defecto son bastante difíciles de conseguir.

El tipo de electroválvulas que se pueden conseguir en el país sirven para el control de flujos de agua o de aire, y mas no de combustible, por lo que, resultaría un riesgo para una estación de servicio instalar este tipo de electroválvula en un dispensador de combustible.

III. CONCLUSIONES

Se automatizó los dispensadores de combustibles de una Estación de Servicios, para el despacho de combustible de acuerdo a los parámetros impuestos al empezar y proponer el tema de investigación.

Se ofrece un artículo cuya ejecución es económicamente viable, para mejorar el sistema de despacho de las Estaciones de Servicio que todavía poseen surtidores antiguos, sin tener que realizar grandes inversiones al tener que remplazarlos para conseguir este propósito.

Se mejoró y optimizó la mano de obra de atención al cliente en la Estación de Servicio en la que se implementó el sistema que propone esta investigación.

Se pudo establecer que el teclado numérico y la pantalla LCD instaladas, se podrían remplazar por una pantalla táctil

(touchscreen) y de esta forma se mejoraría el aspecto funcional y estético del sistema.

Se estableció que en caso de que una estación de servicio no cuente con un sistema de facturación automatizada se podría implementar este sistema, utilizando otras entradas y salidas adicionales que están disponibles en el micro controlador, ya que el mismo esta en capacidad de ejecutar estas tareas adicionales.

RECONOCIMIENTOS

Reconocemos a los propietarios de la Estación de Servicio Sánchez, por brindarnos su incondicional colaboración, poniendo a nuestra disposición sus instalaciones para efectuar este proyecto. Así como también al Ing. Elec. Geovanny Lafebre, por incentivarnos en todo momentos en la consecución del tema, al Ing. Elec. Javier Cabrera por aceptar colaborar en el proyecto como codirector a pesar de lo apretada de su agenda. Y a todos nosotros alumnos investigadores de este proyecto por haber concluido con éxito esta tarea paralelamente al cumplimiento del resto de tareas curriculares.

IV. REFERENCIAS

[1] Reyes, Carlos A., Microcontroladores PIC Programación en Basic (2da ed.). Quito.

[2] Pallas, Ramón, Sensores y acondicionadores de señal (4ta

ed.). Editorial Macombo.

[3] Hoja 1222360.pdf, page 1 @ HotFolder. Recuperado el 17 de abril del 2012, de sitio web: http://www.automatic-valves.com/ficheros/ 12223604 eZgi.pdf.

[4] electroválvula combustible.pdf. Recuperado el 06 de enero del 2012, de sitio web: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=52555433

[5] electroválvula combustible.pdf. Recuperado el 06 de enero del 2012, de sitio web: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=

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Anexo 1: código del programa

include <18F452.h>#device adc=8#FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer#FUSES WDT128 //Watch Dog Timer uses 1:128 Postscale#FUSES H4 //High speed osc with HW enabled 4X PLL#FUSES NOPROTECT //Code not protected from reading#FUSES NOOSCSEN //Oscillator switching is disabled, main oscillator is source#FUSES noBROWNOUT //Reset when brownout detected#FUSES BORV20 //Brownout reset at 2.0V#FUSES NOPUT //No Power Up Timer#FUSES STVREN //Stack full/underflow will cause reset#FUSES NODEBUG //No Debug mode for ICD#FUSES noLVP //Low Voltage Programming on B3(PIC16) or B5(PIC18)#FUSES NOWRT //Program memory not write protected#FUSES NOWRTD //Data EEPROM not write protected#FUSES NOWRTB //Boot block not write protected#FUSES NOWRTC //configuration not registers write protected#FUSES NOCPD //No EE protection#FUSES NOCPB //No Boot Block code protection#FUSES NOEBTR //Memory not protected from table reads#FUSES NOEBTRB //Boot block not protected from table reads#use delay(clock=40000000)//oscilador interno//#use rs232(baud=57600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8)#include “lcd.c”#include “kbd.c”#Byte PortB = 0x06 // Dirección del puerto B//DECLARACION DE VARIABLES QUE SE UTILIZAN EN EL PROGRAMA//int16 pulso_a=0,galon_a=0,entrada_dolar=0,precio=0,entrada_interru;int8 flag_a=0,dato_a=0,entrada_teclado=0,gun_a=0,diesel=0,extra=0,super=0;#int_EXTvoid EXT_isr(void) pulso_a++; dato_a=1; if(pulso_a>999) galon_a++; pulso_a=0; void main() port_b_pullups(true); setup_psp(PSP_DISABLED); setup_adc_ports(NO_ANALOGS); setup_adc(ADC_OFF); setup_spi(SPI_SS_DISABLED); setup_wdt(WDT_OFF); setup_timer_0(RTCC_INTERNAL); setup_timer_1(T1_DISABLED); setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1); setup_timer_3(T3_DISABLED|T3_DIV_BY_1); setup_ccp1(CCP_OFF); setup_ccp2(CCP_OFF); setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_1); enable_interrupts(INT_RDA); enable_interrupts(GLOBAL); lcd_init(); delay_ms(10);while(true) entrada_teclado=kbd_getc(); entrada_dolar=entrada_teclado-48; (input_state(pin_b2)==1 )

output_high(pin_a0); // CUANDO ES ACTIVADA ABRE LA ELECTROVALVULA DE DIESEL PARA PODER DESPACHAR COMBUSTIBLE // diesel=1.037; entrada_interru=(entrada_dolar/diesel)*1000; // CONVIERTE LA CANTIDAD INGRESADA EN DOLARES A PULSOS // gun_a=0; //identifica si la mangera esta accionada enable_interrupts(INT_EXT1); // ENTRA EN INTERRUPCION // if(dato_a==0) if(flag_a==0) flag_a=1; pulso_a=0; galon_a=0; if (entrada_interru-pulso_a==500) // PREGUNTA SI FALTAN 500 PULSOS, SI SI DESACTIVA LA 1ERA PARTE DE LA ELECTROVLAVULA PARA QUE REDUZCA EL CAUDAL // //500 PULSOS CORRESPONDEN A ½ GALON//

output_low(pin_a0); output_high(pin_a1); if(entrada_interru-pulso_a==0) // CUANDO SE A COMPLETADO LA CANTIDAD DESEADA, CIERRA COMPLETAMENTE LA ELECTROVALVULA // output_low(pin_a1); else disable_interrupts(INT_EXT1); // TERMINA LA INTERRUPCION // precio=diesel*galon_a; flag_a=0; gun_a=1; //Identifica si la manguera esta accionada// if( input_state(pin_b3)==1) output_high(pin_a2); // CUANDO ES ACTIVADA ABRE LA ELECTROVALVULA DE EXTRA PARA PODER DESPACHAR COMBUSTIBLE // extra=1.48; entrada_interru=(entrada_dolar/extra)*1000; // CONVIERTE LA CANTIDAD INGRESADA EN DOLARES A PULSOS // gun_a=0; //identifica si la mngera esta accionada enable_interrupts(INT_EXT1); // ENTRA EN INTERRUPCION // if(dato_a==0) if(flag_a==0) flag_a=1;

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pulso_a=0; galon_a=0; if (entrada_interru-pulso_a==500) // PREGUNTA SI FALTAN 500 PULSOS, SI SI DESACTIVA LA 1ERA PARTE D LA ELECTROVLAVULA PARA QUE REDUZCA EL CAUDAL // output_low(pin_a2); output_high(pin_a3); if(entrada_interru-pulso_a==0) output_low(pin_a3); // CUANDO SE A COMPLETADO LA CANTIDAD DESEADA, CIERRA COMPLETAMENTE LA ELECTROVALVULA // else disable_interrupts(INT_EXT1); // DESABILITA INT // precio=extra*galon_a; flag_a=0; gun_a=1; //IDENTIFICA SI LA MANGUERA ESTA ACCIONADA// if(input_state(pin_b4)==1) output_high(pin_b5); super=2.08; entrada_interru=(entrada_dolar/super)*1000; // CONVIERTE LA CANTIDAD INGRESADA EN DOLARES A PULSOS // gun_a=0; // IDENTIFICA SI LA MANGUERA ESTA ACCIONADA// enable_interrupts(INT_EXT1); // ENTRA EN INTERRUPCION // if(dato_a==0) if(flag_a==0)

flag_a=1; pulso_a=0; galon_a=0; if (entrada_interru-pulso_a==500) // PREGUNTA SI FALTAN 500 PULSOS, SI SI DESACTIVA LA 1ERA PARTE DE LA ELECTROVLAVULA PARA QUE REDUZCA EL CAUDAL // output_low(pin_b5); output_high(pin_b6); if(entrada_interru-pulso_a==0) // CUANDO SE A COMPLETADO LA CANTIDAD DESEADA, CIERRA COMPLETAMENTE LA ELECTROVALVULA // output_low(pin_b6); else disable_interrupts(INT_EXT1); // DESABILITA INT // precio=super*galon_a; flag_a=0; gun_a=1; //identifica si la mngera esta accionada Lcd_gotoxy(1,1); Printf(lcd_putc,”LADO_A=%Lu.%03lugl “,precio); //VISUALIZA EL VALOR DE LA VENTA EN LA 1ER FILA Y 1ERA COLUMNA DEL LCD//

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Anexo 2: Diseño del Circuito

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Anexo 3: Diseño del circuito impreso

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Diseño y construcción de dispositivo y software indicador de consumo eléctrico residencial para

interiores

Giovanni LAFEBRE


[email protected]

Abstract— the document contains information about the development of a prototype for active energy measurement using an integrated circuit ADE7758 from Analog Devices, is defined the important of the elements that are part of the circuitry and basic code for 16F877A PIC microcontroller. Additionally, the details is included the measurement principles using block diagrams and equations.

Resumen— el documento contiene información sobre el desarrollo de un prototipo para medición de energía activa mediante un ADE7758 de Analog Devices, se definen los elementos importantes que forman parte de la circuitería y código básico para el microcontrolador PIC 16F877A. Adicionalmente, se detallan los principios de medición mediante diagramas de bloques y ecuaciones.

Palabras clave: Medidor, Energía activa, ADE7758, Ahorro de energía, Medidor de Energía

I. INTRODUCCIÓN

El consumo de energía eléctrica en el Ecuador se ha medido a través de contadores de energía electromecánicos, sin embargo, en los últimos años, las empresas distribuidoras de energía están haciendo esfuerzos para cambiar los antiguos contadores de energía por modernos, los contadores digitales de energía.

La primera etapa de la presente investigación, se centró en determinar una circuitería básica que permita medir energía activa, esto se lo realiza con un chip medidor de energía de Analog Devices: ADE7758.

La propuesta final es contar con un medidor de energía digital, que permita medir varias cargas o circuitos de una vivienda, para conocer cuáles son los hábitos de consumo en los hogares para poder usar racionalmente la energía.

II. TEXTO

El desarrollo tecnológico del presente proyecto, se divide en diferentes etapas, la primera consta de la presente investigación, determinando los lineamientos iniciales para el desarrollo de dispositivos electrónicos digitales que permitan la medición de energía eléctrica. Se planteó originalmente la idea de poder determinar el consumo en clientes residenciales para cualquier empresa distribuidora de energía, la diferencia respecto a los medidores que coloca cada una de las distribuidoras es que éstas miden el consumo total de la vivienda, y el prototipo planteado puede hacer mediciones individuales, ya sea solamente luminarias, tomacorrientes o incluso circuitos personalizados, esto dependerá del cableado original que tenga cada usuario, sin embargo, se pueden hacer las modificaciones correspondientes para medir zonas específicas.

A. Contadores de Energía

Los contadores de energía son intermedios que permiten calcular la cantidad consumida por el cliente para llevar el sistema de facturación por parte de las empresas distribuidoras, son aparatos integradores que marcan el consumo total de energía en función del tiempo, miden la tensión y corriente durante el período que éstas hayan actuado.

1) Contadores analógicos: su funcionamiento, se basa en bobinas de corriente y tensión para producir corrientes parásitas, que hacen mover un disco mediante los efectos del campo magnético, y produce el movimiento de las agujas o los números del disco del contador.

Fig.1 Contador de energía de lectura analógica 1

1http://2.bp.blogspot.com/_3x99W1dkKz4/TAyDUqj1yOI/AAAAAAAAAAc/WsKqjKT633Y/s320/imagen2.jpg

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2) Contadores digitales: Son contadores electrónicos, que utilizan diferentes dispositivos, pero sobretodo conversores Analógicos/Digitales y un dispositivo inteligente programable, que permite calcular la cantidad de energía consumida.

Fig.2 Contador de energía de lectura digital 2

Independientemente del tipo de contador de energía, como se indicó anteriormente, se utiliza solo uno para la medida del consumo de un cliente, esto hace que sea imposible conocer cuál es el consumo por zonas o sectores de las viviendas.

Utilizando el mecanismo de lectura de las empresas distribuidoras, para poder conocer cuál es el consumo de cada uno de los sectores de una vivienda, se debe hacer circuitos individuales de cada uno de los lugares en donde se quiera determinar la cantidad de energía consumida y tener un contador por cada uno de ellos.

B. Desarrollo del prototipo de contador de energía

El estudio que se realizó, y que fue motivo para el desarrollo del presente proyecto es disponer de un contador de energía, que permita conocer el consumo en las diferentes zonas de una vivienda: sala, comedor, cocina, dormitorios, estudio, etc., de forma independiente, esta información, permite llevar una estadística de utilización de energía en el hogar, para poderla usar de forma eficiente.

1) Hardware del prototipo: Con la ayuda de las empresas desarrolladoras de circuitos integrados, los diseños electrónicos cada vez son más pequeños, precisos y no tan complejos.

- ADE7758

Analog Devices, es una empresa estadounidense que se dedica a la creación de dispositivos semiconductores, gracias a ella, se introdujo al mercado la gama de dispositivos ADE que permite hacer frente a los desafíos de la próxima generación de arquitecturas de medidores inteligentes y son ideales para la medición de energía activa (kWh), energía aparente (kVA), energía reactiva (kVAR), RMS y calidad de la energía con máxima precisión en sistemas monofásicos y polifásicos, sirve para crear instrumentos industriales y aplicaciones de monitoreo de energía.

El ADE7758 es un circuito integrado de alta precisión, para medición de energía eléctrica trifásico con una interfaz serie y dos salidas de impulsos. Incorpora un integrador digital de segundo orden-Σ Δ, los circuitos de referencia son un sensor de temperatura, y todo el procesamiento de señal necesario para realizar la medición de energía activa, reactiva y aparente, y los cálculos de RMS.

Es utilizado para medir la energía activa en conexiones estrella o triángulo. El ADE7758, proporciona las características del sistema de calibrado para cada fase, es decir, la corrección rms compensada, la calibración de fase, y la calibración de potencia.

Fig.3 ADE7758 de Analog Devices

Las características del ADE7758 se detallan a continuación:

- Alta precisión; apoyada en la norma IEC 60687, IEC 61036, IEC 61268, IEC 62053-21, IEC 62053-22 y IEC 62053-23.

- Compatible con 3-phase/3-wire, 3-phase/4-wire, y otros servicios trifásicos.

- Menos de 0,1% de error de energía activa sobre un rango dinámico de 1000 a 1 a 25 ° C.

- Energía activa / reactiva / aparente, voltaje rms, rms actuales, y toma de muestras de datos de forma de onda.

- Dos salidas de pulsos, uno para la potencia activa y la otra seleccionables para potencia reactiva y aparente, con frecuencia programable.

- Calibración de fase y potencia a medir.

- Se pueden seleccionar los umbrales de voltaje de línea del SAG y las detecciones de sobretensión.

- Chip, integrador digital que permite a la interfaz directa para actuar con los sensores di / dt de salida.

- Una PGA en el canal actual permite conexión directa a los transformadores de corriente.

- Interfaz serial SPI ®-compatible con IRQ.

- ADC y DSP que proporcionan una alta precisión en grandes variaciones en las condiciones ambientales y el tiempo.

- Referencia 2,4 V (deriva de 30 ppm / ° C típico) con capacidad 2 http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/contador-de-energia-electrica-399334.jpg

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de sobremarcha externa.

- Alimentación de5 V, de baja potencia (70 mW típico).

Fig.4 Distribución de pines del ADE7758 3

- PIC 16F877A.

Microchip Technology Inc. es una empresa desarrolladora de los Microcontroladores PICmicro, estos dispositivos cuentan con una gama muy amplia, cada uno de ellos con recursos diferentes que seguramente se pueden adaptar a la realidad de varios diseñadores de circuitos.

El microcontrolador PIC 16F877A de la gama media de éste fabricante, es el dispositivo que tendrá control sobre los sensores y actuadores del prototipo del medidor de energía, pero su función más importante, es establecer comunicación serial SPI con el ADE7758 para procesar la información de lectura y visualizar en la pantalla los datos obtenidos.

Los recursos de este microcontrolador son diversos, de los cuales se utilizó lo siguiente:

- Timer de 8 bits con prescaler.

- Puerto Serie Síncrono (SSP) compatible con SPITM

- USART para comunicación RS232.

- Conversor Analógico Digital (ADC) de 10 bits.

- Memoria EEPROM de 256x8 bytes.

- Programación serial en circuito (ICSP)

Sus 33 pines de entrada salida, hacen que sea suficiente para comandar todos los periféricos. Además del ADE7758, se utiliza un LCD alfanumérico de 16x2 caracteres, pines para comunicación SPI y salidas y entradas para circuitos auxiliares.

Fig.5 Distribución de pines del PIC16F877A

- Periféricos.

A más de elementos discretos que se utilizaron en su mayor parte como filtros y divisores de tensión y corriente se encuentra un LCD alfanumérico de 16x2 para la visualización de la energía consumida.

Fig.6 LCD alfanumérico 16x2, fondo azul, letras blancas con backlight

Dos elementos adicionales muy importantes son los transformadores de tensión y corriente, ambos con encapsulado para montaje en circuito impreso, se seleccionaron de acuerdo a las características que debían poseer para poder soportar las mediciones que se hacen en cada uno de los sectores, por lo tanto, para ambientes como dormitorios, sala, cocina, comedor, se seleccionaron los siguientes:

TABLA ICARACTERÍSTICAS DEL TRANSFORMADOR DE

TENSIÓN

Tipo Referencia Marca Entrada Nominal

Salida Nominal

Transformador de tensión

BV020-5428,0 Pulse 115V 6V/58mA

3 http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADE7758.pdf

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Fig.7 Transformador de Tensión BV020-5428,0 marca Pulse

TABLA IICARACTERÍSTICAS DEL TRANSFORMADOR DE

CORRIENTE

Tipo Referencia Marca Entrada Nominal

Salida Nominal

Transformador de corriente CST-1005 Triad 10A 10mA

Fig.8 Transformador de corriente CST-1005 marca Triad

2) Software del prototipo: el lenguaje seleccionado para programar el PICmicro, es PCWHD IDE Compiler de CCS, es de alto nivel ya que ofrece una suite completa, una herramienta integrada para desarrollar y depurar aplicaciones embebidas. Esta suite incluye un IDE para la gestión de proyectos, un editor sensible al contexto C y cuenta con herramientas de construcción y de depuración en tiempo real para ayudar a crear, analizar, depurar el código del proyecto en un solo documento.

Fig.9 Herramientas del IDE de PCHWD

Adicionalmente, cuenta con varias librerías para el uso de periféricos internos y externos como LCD, GLCD con

controlador KS0108, teclado matricial, etc. También disponede librerías para comunicación utilizando diferentes protocolos como I2C, RS232, USB, SPI.

Para la comunicación PICmicro-ADE7758, se utiliza comunicación serial SPI, no existe una librería para este propósito, sin embargo, CCS en su foro4 dispone de mucha información adiciona y algunos desarrolladores publican información gratuita con el fin de compartir código, ahí se encuentra una librería para poder realizar la comunicación con el medidor de energía, el código se encuentra adjunto en el Anexo B.- Librería para controlar el ADE7758 en CCS.

Fig.10 Librería integrada al PCWHD

3) Desarrollo del circuito: el diseño del circuito parte de los circuitos de prueba en la hoja de datos del ADE7758 5 en la página 17.

Fig.11 Circuito de prueba con integrador apagado 6

La señal de corriente necesita ser recuperada de la señal di/dt antes de que pueda ser utilizada. Por lo tanto, es necesario un integrador para restaurar la señal a su forma original. El ADE7758 tiene un integrador digital embebido para recuperar la señal de corriente desde el sensor de di/dt. El integrador digital

4 Foro de CCS: http://www.ccsinfo.com/forum/5 http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADE7758.pdf6 http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADE7758.pdf

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en el canal 1 está desactivado por defecto cuando el ADE7758 está encendido.

Fig.12 Integrador en el esquema de bloques del ADE7758 7

A partir de esta información se diseñó el circuito para el prototipo, utilizando un transformador de tensión y un transformador de corriente para poder medir la potencia activa, en el Anexo A.- Diseño del circuito, se encuentra el esquema que se utilizó para la construcción.

La distribución de elementos en el circuito impreso se lo realizó tomando en cuenta lo siguiente:

· Visualizador de datos en la parte superior para que no interfiera con los demás elementos de la placa.

· Microcontrolador en la parte superior central, como es el dispositivo principal de control, está cercano al centro para que sus conexiones no compliquen el ruteo.

· ADE7758 en la parte central inferior, para que los hilos de comunicación serial SPI estén cercanos al microcontrolador y los otros pines a los elementos discretos y conectores que van en la parte inferior.

· Los transformadores, se conectan a las dos borneras de tres pines en la parte inferior para que posteriormente puedan ser sujetados en una caja de montaje.

· Al tratarse de una etapa de pruebas, el ADE7758 con encapsulado SMD, fue soldado en una placa para poder tener pines conformados por un header macho para facilitar su conexión en el circuito impreso.

Fig.13 Distribución de elementos en el circuito impreso (screen)

Fig.14 Pistas del circuito impreso

Luego de las prácticas y mediciones iniciales del circuito que se encontraban en protoboard y tras los cambios finales se hizo el montaje correspondiente de la placa para el prototipo, la mayoría de elementos ocupan espacio en el circuito impreso, ya que son encapsulados True Hole, sin embargo, para modificaciones futuras, se pueden utilizar elementos con encapsulado SMD para que el tamaño se reduzca y así tener un medidor de energía muy compacto.

Fig.15 Montaje del prototipo terminado

C. Criterios para el desarrollo del código del microcontrolador

Anteriormente se mencionó todo lo referente al diseño 7 http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADE7758.pdf

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del prototipo, los elementos principales que lo integran y su descripción, el software que se utilizó para realizar el código del microcontrolador y los criterios para el diseño del circuito impreso, en esta parte se describirá los criterios que se emplearon para desarrollar el código de programación para comandar el ADE7758.

Esta investigación, se basó principalmente en el dispositivo mencionado anteriormente, y como el tipo de red eléctrica que se utilizó es trifásica, fue necesario el uso de un dispositivo que pueda censar valores en configuraciones delta (Δ) y estrella (Y).

La aplicación del ADE7758 es la de medición de potencia activa (kWh), medición RMS de voltajes y corrientes.

1) Cálculo de potencia activa: El medidor de energía, permite la integración de la señal de potencia activa mediante la acumulación continua de la señal de en los registros internos de 41-bits. Los registros h (AWATTHR, BWATTHR y CWATTHR) representan los 16 bits superiores de estos registros internos. Esta acumulación de tiempo discreto es equivalente a la integración en tiempo continuo como lo expresa la siguiente ecuación:

Donde:

n es el número del tiempo de muestreo discreto.

T es el período de la muestra.

Mediante los registros se pueden digitalizar el voltaje y corriente para luego multiplicarlos entre si y posteriormente obtener la potencia activa.

Fig.15 Diagrama de bloques para la medición de potencia activa

Adicionalmente realiza el cálculo de potencia mediante lógicas numérico - matemáticas digitales, el diagrama de bloques para el cálculo de la potencia activa se detalla a continuación

Fig.16 Diagrama de bloques para la medición de potencia activa

Para determinar el valor de energía consumida en Wattio/Hora cuando se llene el registro interno del ADE, se necesita conocer los valores de tensión de la carga, para ello el período de muestreo en tiempo discreto (T) para el registro de acumulación

es de 0,4 mS (4/CLKIN). Con señales sinusoidales de gran escala en las entradas analógicas y la ganancia en vatios registrada se establece en la posición 0x000, la palabra valor promedio de cada registro LPF2 se determina por 0xCCCCD. El valor máximo que se puede almacenar en la acumulación de vatios-hora antes de que se desborde el registro es 215-1 o 0x7FFF. Debido a que el valor promedio se añade al registro interno, que puede almacenar de 240-1 o 0xFF, FFFF, FFFF antes de que se desborde, el tiempo de integración bajo estas condiciones con WDIV = 0 se calcula como:

Con estos conceptos que permiten calcular la potencia activa mediante el ADE7758, se estructuró el código para el microcontrolador, esto permite visualizar en el LCD la potencia consumida en una o varias cargas, el programa se encuentra en el Anexo C.- Código en CCS para medir energía activa.

III. CONCLUSIONES

Se desarrolló el prototipo para medición de potencia activa, mediante circuitos integrados de tecnología avanzada como el ADE7758 y PICmicro 16F877A.

Se necesita hacer una mejora en el circuito para no usar demasiados transformadores de tensión y corriente para medir el consumo de energía en diferentes zonas de una vivienda.

El diseño actual, servirá de base para mejoras futuras de proyectos de investigación formativa de la carrera de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Católica de Cuenca.

Se puede realizar una mejora para hacer un equipo capaz de comercializarlo.

RECONOCIMIENTOS

Un agradecimiento muy especial a los estudiantes ejecutores FABIAN PATRICIO CALLE QUINDE, LUIS JAVIER GÍA BELDUMA, JOSÉ LUIS MOLINA MOLINA Y MARCO VINICIO PÉREZ CHOCO, quienes pusieron mucho esfuerzo y tiempo para encontrar soluciones a los problemas que se iban presentando en las tareas encomendadas a cada uno de ellos, demostrando capacidad para lidiar con problemas y encontrar sus soluciones.

IV. REFERENCIAS

[1] AnalogDevices. (2011 de 10 de 1). Technical Documentation: Analog Devices. Recuperado el 1 de 12 de 2011, de http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADE7758.pdf

[2] García, E. (2008). Compilador C CCS y simulador Proteus para microcontroladores PIC. Mexico: Alfaomega.

[3] Kinnard, I. (1958). Medidas eléctricas y sus aplicaciones. Barcelona - España: Marcombo.

[4] MicrochipTechnilogy. (31 de Octubre de 2003). Data Sheets: Microchip Technilogy. Recuperado el 1 de Enero de 2012, de http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39582b.pdf

[5] Packmann, E. (1997). Mediciones Eléctricas (Segunda ed.). Hispanoamérica SA.

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Anexo A.- Diseño del circuito.

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delay_us(1); delay_ms(1); if(len > 16) for(i=1;i<=8;++i) output_high(ADE_CLK); delay_us(1); shift_left(&data[2],1,input(ADE_DIN)); output_low(ADE_CLK); delay_us(1); if(len > 16) RAW_VALUE= make32(data[0],data[1],data[2]); else RAW_VALUE= make32(data[0],data[1]); output_high(AD7758_CS); return RAW_VALUE;

delay_us(1);

Anexo C.- Código en CCS para medir energía activa

#include <16F877A.h> #fuses NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG #use delay(clock=10000000) #define VRMS_DIV 8718.50 (LSB\v) #define IRMS_DIV 1550 #define IRMS_OFFSET 2200 flowing #include “ADE7753.c” #include “LCD420.c” int i; float VRMS_AVG, VRMS[10], VA;

Anexo B.- Librería para controlar el ADE7758 en CCS

#define AD7758_CS PIN_A0 #define ADE_DOUT PIN_B7 //data to ADE #define ADE_DIN PIN_B6 //data from ADE #define ADE_CLK PIN_B5 from the ADE7758 datasheet #define _IRMS 0x16 #define _VRMS 0x17 #define _PERIOD 0x27 #define _DIEREV 0x3F int32 Read_ADE7753(ADE_COMMAND, len) int i; int data[4]; int32 RAW_VALUE; output_low(AD7758_CS); delay_us(1); for(i=1;i<=8;++i) output_high(ADE_CLK); output_bit(ADE_DOUT, shift_left(&ADE_COMMAND,1,0)); delay_us(1); output_low(ADE_CLK); delay_us(1); output_low(ADE_DOUT); delay_us(6); for(i=1;i<=8;++i) output_high(ADE_CLK); delay_us(1); shift_left(&data[0],1,input(ADE_DIN)); output_low(ADE_CLK); delay_ms(1); for(i=1;i<=8;++i) output_high(ADE_CLK); delay_us(1); shift_left(&data[1],1,input(ADE_DIN)); output_low(ADE_CLK);

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int32 IRMS; int32 value; void main() lcd_init(); printf(lcd_putc,”Ready”); output_high(AD7758_CS); delay_ms(1000); while(1) for(i=0;i<=8;i++) VRMS[i] = read_ADE7753(_VRMS) / VRMS_DIV; delay_ms(100);

VRMS_AVG = (VRMS[0] + VRMS[1] + VRMS[2] + VRMS[3] + VRMS[4] + VRMS[5] + VRMS[6] + VRMS[7]) / 8; value = read_ADE7753(_IRMS); IRMS = (value - IRMS_OFFSET) / IRMS_DIV; VA = VRMS_AVG * IRMS /100; lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,”VRMS = %5.2g”,VRMS_AVG); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,”IRMS = %04.2w”,IRMS); lcd_gotoxy(1,3); printf(lcd_putc,”WATTS = %6.2g”,VA); delay_ms(2000);

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Diseño de prototipo de robot hexápodo experimental para la carrera de ingeniería

eléctrica y electrónica

Giovanni LAFEBRE


[email protected][email protected]

Abstract— The first part of the research is focused on mechanical design, system selection of transmissions, drive systems, sensory systems and control systems for a hexapod robot based on the model BH3-KT from Lynxmotion, we performed the mechanical design in Autodesk Inventor and describes the control devices and sensors to be used in a following stage in which to perform the construction of the robot.

Resumen— La primera parte de la investigación se centra en el diseño mecánico, selección del sistema de transmisiones, sistemas de accionamiento, sistemas sensoriales y sistemas de control para un robot hexápodo basado en el modelo BH3-KT de Lynxmotion, se realizó el diseño de mecánico en Autodesk Inventor y se describen los dispositivos de control y sensores que se utilizarán en una siguiente etapa en la que se realizará la construcción del robot.

Palabras clave: Robot, hexápodo, servomotores, cmucam, srf05.

I. INTRODUCCIÓN

El desarrollo de robots, tiene un enfoque diferente al de hace unos pocos años, en donde, generalmente, se los utilizaban para fines industriales. Actualmente, la robótica gana mucha atención en fines educativos.

Es muy notable el desarrollo de diferentes robots realizados en colegios, universidades y centros de investigación, que van desde un simple seguidor de línea, hasta robots complejos dotados de visión artificial que interactúan con las personas.

Es muy común que ahora un estudiante afín a una carrera de ingeniería eléctrica o electrónica haya desarrollado un robot para competencia como por ejemplo: seguidor de línea, luchador de sumo, bailarines, etc.

La complejidad aumenta, cuando el mecanismo del robot está basado en un número considerable de motores, ya que, se debe tener extremada precisión para su control, dotándolo de sistemas de accionamiento, sistemas sensoriales y sistemas de control.

La robótica educativa nace por la tanto con la finalidad de ser un medio de aprendizaje, que es participativo para todas aquellas personas que tengan entusiasmo por el diseño e implementación de creaciones propias, siguiendo este fin, la propuesta del

presente proyecto, fue la de crear un diseño para un robot medio-avanzado de la categoría de los hexápodos, un robot estilo arácnido provisto de 6 patas, en la que cada pata consta de 3 articulaciones, en donde, cada articulación provee al robot un grado de libertad, esto hace que para el movimiento, el robot tenga 18 grados de libertad y dos adicionales para el sistema de sensores de distancia y visión.

II. TEXTO

A. Morfología del Robot

El diseño del robot está constituido por diferentes componentes: estructura mecánica, transmisiones y reductores, sistemas de accionamiento, sistemas sensoriales y sistemas de control.

1) Estructura mecánica: La estructura del robot, no es original de esta investigación, para la selección de la misma, se hizo diferentes comparaciones entre varios sistemas mecánicos de diferentes autores y empresas, llegando a la selección del BH3-KT 1 de Lynxmotion, un hexápodo provisto de 16 grados de libertad 2, 3 por cada pata. La selección de este mecanismo se debe a la facilidad del ensamblaje 3, ya que dispone de una guía en la cuál ilustra todas las piezas y elementos necesarios para armar este robot.

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Fig.1 Robot BH3-KT de Lynxmotion 4

Para la reproducción del robot, se dispone del diseño en 3D realizado en Autodesk Inventor, se realizó el diseño de cada una de las piezas para la estructura. En una investigación posterior se lo fabricará en material acrílico, ya que es el indicado para el soporte de todo el robot y la fuerza que puede ejercer los motores seleccionados.

Los motores seleccionados son servomotores RC de tipo estándar para robótica, de la marca Hitec, diferentes tipos de motores con diferente torque, pero que tienen la misma medida, para la sujeción de dos de los servomotores a la estructura principal, se dispone del siguiente soporte:

Fig.2 Soporte para servomotores RC tipo estándar

El servomotor se asegura con tornillos al soporte como se muestra en las siguientes imágenes:

Fig.3 Montaje del servomotor (vista superior)

Fig.4 Montaje del servomotor (vista inferior)

Posteriormente se sujetan dos servomotores con estos soportes entre si para dar movimiento a la articulación correspondiente a lo que sería el tórax del robot y la pata, como se puede ver a continuación:

Fig.5 Montaje de servomotores (1. Sujeción al tórax – 2. Sujeción a la pata)

La pata consta de 3 diferentes soportes, uno para la parte posterior del servomotor, la cual se la sujeta con cinta de doble cara para no dañar la carcaza del motor.

Fig.6 soporte posterior para servomotor4 http://www.lynxmotion.com/images/Products/Full/bh300.jpg

- 104 -

.

Otro soporte que es muy sencillo y permite unir más de un motor cuando se los sujeta es el que se muestra a continuación:

Fig.7 soporte para servomotor

Finalmente la pata consta de una pieza que es delgada y para que no se doble o se rompa con el peso y movimiento del robot, se utiliza dos de éstas para darle mayor espesor, están separadas en la parte superior que va junta al servomotor y en la parte inferior de la pata por dos pedazos del acrílico y luego se fijan mediante tornillos.

Esto hace que la pata no sea demasiado gruesa y no pese tanto, porque todo el soporte va a ser hueco, pero con la suficiente rigidez para sostener a todo el robot.

Fig.8 Pieza individual que forma la pata.

Estos 3 elementos descritos se sujetan entre si y el servomotor, está armado por separado con los dos servomotores que se describió anteriormente, todos estos elementos forman una sola pata del robot, a continuación se muestra la parte de la pata

armada:

Fig.9 parte de la pata armada

La unión de las dos partes anteriores se realiza mediante tornillos, se necesitan 5 partes adicionales que, lo único que hay que tener pendiente es que 3 patas deben armarse de forma contraria, para que siempre el engranaje principal del servomotor esté en la parte frontal.

Fig.10 pata izquierda ensamblada, vista frontal

En la Fig. 10 se muestra la sujeción de las dos partes anteriormente unidas mediante tornillos formando una de las 3 patas del lado izquierdo, para el lado derecho, como se mencionó anteriormente, los servomotores se los debe sujetar de forma opuesta en los soportes para los servos, como se muestra a continuación:

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Fig.11 pata derecha ensamblada, vista frontal

Las imágenes que se muestran a continuación, permiten visualizar a mayor detalle los elementos sujetados, se puede apreciar la sujeción mediante los tornillos a cada uno de los soportes para los servomotores y los engranajes principales de los servomotores.

Fig.12 pata ensamblada, vista frontal superior

Fig.13 pata ensamblada, vista posterior superior

Fig.14 pata ensamblada, vista inferior

Fig.15 pata ensamblada, vista superior

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Los servomotores utilizados son los HS-311 y HS-485, los primeros son utilizados en la primera parte de la pata que se armó, la que está en los sujetadores de color café, y el segundo tipo pata mover las patas desde el tórax, en ambos casos tienen la misma medida y son ajustable en cada uno de los sujetadores.

Fig.16 Servomotor estándar RC

La parte que conforma el cuerpo o tórax del robot está formada por dos tapas, en las cuales se ajustan las seis patas mediante tornillos, las tapas también tienen cortes en forma de figuras geométricas, para posteriormente sujetar la circuitería y también para alivianar a la estructura, como se muestra a continuación:

Fig.17 Pieza inferior del cuerpo

Fig.18 Pieza superior del cuerpo

Con todos estos elementos, el trabajo final de la estructura fue unir todas las patas en la parte principal, la vista 3D del terminado es muy similar al ejemplo que se está siguiendo, a continuación se muestra el hexápodo completo:

Fig.19 Vista frontal del robot

Fig.20 Vista superior del robot

Fig.21 Vista superior lateral

Fig.22 Vista inferior lateral

2) Transmisiones y reductores: generalmente muchos de

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los mecanismos que tienen motores rápidos tienen un momento de inercia que necesita ser reducido.

Para vencer los pares estáticos, las distancias entre las masas y los actuadores son cortas, con esto se facilita el movimiento del robot, de esta forma, todo el movimiento de transmisión lo realiza satisfactoriamente cada uno de los servomotores que tiene el torque necesario para lograr este fin.

El sistema de transmisión del hexápodo tiene las siguientes características:

· Tamaño y peso reducido, el material es liviano: Acrílico.

· No tiene holguras ni juegos, los soportes son a medida de cada uno de los servomotores.

· Usa transmisiones de gran rendimiento, engranajes metálicos y de plástico.

En el caso de las reducciones para los servomotores HS-311 y HS-485, se cuenca con reducción planetaria de velocidad del motor, los engranajes son de plástico, la diferencia radica únicamente en el color, para el caso del HS-311 el color es blanco y para los HS-485 de color negro.

Fig.23 Engranajes del servomotor HS-311 5

Fig.24 Engranajes del servomotor HS-485 6

Con estas características, los reductores cumplen con lo siguiente:

· Son livianos, al tratarse de plástico.

· Tamaño reducido.

· Rozamiento pequeño, cuenta con una sustancia para reducir la fricción.

· Reducción considerable de velocidad en un paso.

A continuación se detallan las características de los servomotores:

Fig.25 Servomotor HS-311

TABLA ICARACTERÍSTICAS DEL SERVOMOTOR HS-311

Especificaciones

Tipo de Motor: 3 PolosTipo de rodamiento: Ninguno

Velocidad (4.8V/6.0V): 0.19 / 0.15 sec @ 60 deg.

Torque oz./in. (4.8V/6.0V): 42 / 51

Torque kg./cm. (4.8V/6.0V): 3.0 / 3.7

Tamaño en pulgadas: 1.57 x 0.78 x 1.43

Tamaño en milímetros 39.88 x 19.81 x 36.32

Peso en onzas: 1.51

Peso en gramos 42.81


5 http://www.hitecrcd.com/photo.php?pi=466&size=eight6 http://www.hitecrcd.com/photo.php?pi=478&size=eight

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TABLA IICARACTERÍSTICAS DEL SERVOMOTOR HS-311

EspecificacionesTipo de Motor: 3 Pole

Tipo de rodamiento: Rodamiento superiorVelocidad (4.8V/6.0V): 0.20 / 0.17 sec @ 60 deg.

Torque oz./in. (4.8V/6.0V): 72 / 89Torque kg./cm. (4.8V/6.0V): 5.2 / 6.4

Tamaño en pulgadas: 1.57 x 0.78 x 1.49

Tamaño en milímetros 39.88 x 19.81 x 37.85

Peso en onzas: 1.59Peso en gramos 45.08

3) Sistemas de accionamiento: El robot posee accionamiento directo (Direct Drive DD), ya que el eje del actuador está conectado de forma directa a la articulación del hexápodo, esto es posible, debido al torque de los servomotores, caso contrario se necesitaría obligatoriamente de un tipo de reducción para darle movilidad.

Se utiliza este tipo de accionamiento, debido a la velocidad y precisión que se le desea dar al robot, ya que requiere que los movimientos sean bastante “limpios y finos”.

Utilizar este tipo de accionamiento, tiene ciertas ventajas, las cuales se detallan a continuación:

· Posicionamiento preciso y rápido.

· Posibilidades de controlar un sistema complejo.

· Reducción del sistema mecánico del robot.

· Genera torque elevado para accionamiento directo de la articulación.

4) Sistema Sensorial: Dos tipos de sensores fueron considerados para dotar al robot de visión artificial y sentido de orientación mediante sensor de distancia.

El primero es un sensor de distancia mediante ultrasonidos, un módulo muy empleado y fácil de utilizar el SRF05, es una mejora respecto a su predecesor el SRF04, es un sensor digital que tiene una gran precisión, su rango de medición es de hasta 4 metros, algo muy interesante es que a una distancia de 3 a 4 metros, puede detectar objetos tan delgados como un palo de escoba.


TABLA IIICARACTERÍSTICAS DEL SRF05

Características del SRF05

PARÁMETRO VALOR UNIDAD

Dimensiones del circuito 43 x 20 x 17 mm

Tensión de alimentación 5 Vcc

Frecuencia de trabajo 40 Khz

Rango máximo 5 m

Rango mínimo 1,7 cm

Duración mínima del pulso de disparo (nivel TTL) 10 µS

Duración del pulso eco de salida (nivel TTL) 100-25000 µS

Tiempo mínimo de espera entre una medida y el

inicio de otra20 mS

El otro sensor es la CMUCAM, un sensor que permite reconocer formas y colores con una conexión sencilla mediante comunicación serial RS232.

Fig.27 CMUCAM, sensor para visión

La CMUCAM es de bajo costo, bajo consumo de energía y es un sensor ideal para robots móviles. Debido a que el CMUCAM utiliza una interfaz de puerto serie, puede ser conectado directamente con otros procesadores de baja potencia, tales como microcontroladores, tiene las siguientes características

· 17 fotogramas por segundo.

· Seguimiento de la posición y el tamaño de un objeto de color o brillo.

· Medición RGB o YUV de una región de la imagen.

· Adquirir automáticamente y realizar el seguimiento del primer objeto que ve.

· Físicamente hace seguimiento mediante un servo conectado directamente.

· Vuelca una imagen completa a través del puerto serie.

· Vuelca un mapa de bits que muestra la forma del objeto seguido.

5) Sistema de control: la etapa para movimiento de los servomotores está basada en una controladora de Lynxmotion, la SSC-32 permite controlar hasta 32 servomotores por

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comunicación serial RS232, lo que permite fácilmente tener una comunicación entre el microcontrolador y la controladora.

Fig.27 Controladora de servomotores SSc-32 de Lynxmotion

Características de la controladora:

· Microcontrolador Atmel = ATMEGA168-20PU.

· EEPROM = 24LC32P (Obligatorio para 2.01GP).

· Velocidad = 14,75 MHz.

· Secuenciador interno = 12 Servo hexápodo (alterna trípode).

· Entrada serie = True RS-232 o TTL, 2400, 9600, 38.4k, 115.2k, N81.

· Salidas = 32 (Servo o TTL).

· Entradas = 4 (estática o enganche, analógica o digital).

· Requisitos actuales = 31mA.

· Interfaz de PC = DB9F.

· Interfaz microcontrolador = mensajes de cabecera.

· Control de servos = hasta 32 servos conector en forma directa.

· Tipo de apoyo Servo Futaba o Hitec.

· Rango de recorrido del servo = 180 °.

· Resolución del Servo = 1US, 0.09 °.

· Resolución de velocidad de servo = 1US / Segundo.

· Control de servo de movimiento = inmediata, con intervalo de tiempo de velocidad o sincronizada.

· Tamaño de la PCB = 3,0 “x 2,3”.

· La capacidad actual VS = 15 amperios por cada lado, 30 amperios máximo.

III. CONCLUSIONES

El diseño se lo realizó satisfactoriamente en la herramienta Autodesk Inventor con las medidas correspondientes, el archivo está listo para ser entregado a una empresa que permita hacer cortes de precisión para todas las piezas.

Todos los dispositivos que se mencionan en el artículo se pueden conseguir con facilidad en el medio para la segunda parte de la investigación, en la que se procederá al ensamblado y programación del mismo.

No se pudo en esta etapa hacer el ensamblado del proyecto debido a la falta de presupuesto para su implementación.

Se analizaron y utilizaron en diferentes aplicaciones todos los sistemas y dispositivos analizados para la futura implementación del robot.

RECONOCIMIENTOS

Un agradecimiento muy especial al Sr. Mauricio Gil, quien fue partícipe de esta investigación y el encargado de hacer el diseño del hexápodo en Autodesk Inventor con las medidas que se acordaron.

IV. REFERENCIAS

[1] Baturone, A. O. (2001). ROBÓTICA; MANIPULADORES Y ROBOTS MÓVILES. Marcombo SA.

[2] Iovine, J. (2004). PIC Robotics: A Beginner’s Guide to Robotics Projects Using the PICmicro. Mcgraw-hill.

[3] Jones, J. (2004). Robot Programming : A Practical Guide To Behavior-Based Robotics. McGraw-Hill.

[4] S.L, I. d. (04 de 07 de 2012). Downloads. Recuperado el 01 de 05 de 2012, de http://www.msebilbao.com/notas/downloads/Medidor%20Ultrasonico%20SRF05.pdf

[5] Sanchez, J. A. (2002). Avances de robotica y vision por computador. Castilla - La mancha: UNIVERSIDAD DE CASTILLA.

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Mejorar la seguridad perimetral de la red de datos de la Unidad Académica de Ingeniería

de Sistemas Eléctrica y Electrónica de la Universidad Católica de Cuenca.

Carlos ENCALADA

Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas y Eléctrica, Universidad Católica de Cuenca

Cuenca, Ecuador

[email protected]

Abstract-- Improving the security perimeter was based on the study of penetration using tools oriented to computer security, applied to the data network of the Engineering Academic Unit of Systems and Electrical of Catholic University of Cuenca, in order to obtain important information about vulnerabilities that led to the development of a set of strategies to achieve a plan of action supported by the network redesign, technological renovation plan and security policies.

Resumen-- El mejoramiento de la seguridad perimetral se basó en el estudio de penetración utilizando herramientas orientadas a la seguridad informática, aplicada a la red de datos de la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica, de la Universidad Católica de Cuenca, con el objetivo de obtener información importante de vulnerabilidades, lo que dio lugar al desarrollo de un conjunto de estrategias para lograr un plan de acción sustentado en el rediseño de la red, plan de renovación tecnológico y políticas de seguridad.

Palabras clave: seguridad perimetral, vulnerabilidades, políticas de seguridad.

I. INTRODUCCIÓN

En los actuales momentos las redes de comunicación de datos se han convertido en la plataforma de apoyo para aplicaciones y servicios que están disponibles a usuarios internos y externos. Por tal motivo se convierte en prioridad observar y medir la real situación de seguridad.

El sistema de defensa de la red de la Unidad Académica se reduce a la implementación de un regulador de control de accesos (Firewall), sin embargo, se descuida el proceso de monitoreo de los recursos de red, que puede ayudar en un grado muy considerable a optimizar la seguridad del equipo informático.

El rediseño de red recoge nuevas políticas de seguridad ajustadas a los requerimientos, para asegurar la información con equipamiento de defensa perimetral adecuado, controlar de forma más justa y eficaz el uso del ancho de banda entre estudiantes, investigadores, profesores y aplicaciones. Al proporcionar un

control completo del ancho de banda, se puede garantizar que las aplicaciones fundamentales cuenten siempre con los recursos de red que necesitan y que se limiten los posibles efectos de ataques y perdida de información, mediante el monitoreo constante.

II. TEXTO

A. Situación Actual

La Unidad Académica está formada por un edificio y centraliza sus comunicaciones a través del departamento de Comunicaciones. La red LAN y la red inalámbrica dan servicio a los distintos grupos de trabajo de personal administrativo y a los estudiantes. La división lógica se realiza mediante la implementación de VLAN’s (red Lan virtual). Se encuentra conectada una serie de servidores para automatizar todas las funciones administrativas, algunas funciones curriculares, el acceso a Internet y al sistema SIGEAC (Sistema de Gestión Académico), desde cualquier sitio de la Unidad Académica.

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Fig. 1 Esquema de red actual

B. Análisis de Vulnerabilidades

Las pruebas de penetración se realizaron en un ambiente de simulación tomando como referencia la red de datos y los servidores de la Unidad Académica (Fig. 1) y haciendo pruebas de ataques desde la Web. La evaluación se realizó de una forma representativa de un ataque malicioso dirigido contra los servicios de red con la intención de valorar los siguientes parámetros:

· El nivel de penetración en la red de datos.

· Determinar el impacto de una brecha de seguridad en:

o La confidencialidad de la información.

o La infraestructura y disponibilidad de los sistemas de información.

De acuerdo a estas valoraciones se pudo obtener los resultados, descritos en la tabla I.

TABLA I

LISTA DE VULNERABILIDADES

Vulnerabilidad Descripción Causa EfectoSegmentación lógica a nivel WAN, a través, del ISP (Proveedor de Servicios de Internet).

La segmentación lógica de la red WAN para el control del ancho de banda en la red se realiza con conexiones directas al ISP a través de varias direcciones públicas.

Mal diseño de red que no cumple con una arquitectura de red definida.

· Al conectar a una misma red LAN con varias IP públicas, provoca diferentes puntos de entrada a la red desde usuarios externos.

· Imposibilita la implementación de monitoreo y administración de red.

· Los Servicios que podrían ser accesados por la Intranet, solo pueden hacerlo a través de Internet congestionando el canal de comunicación.

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C. Valoración y evaluación de riesgos

El riesgo debe ser cuantificado para poder expresar su importancia, de esta manera, se permite identificar:

· Cuál es el recurso de red a proteger.

· Su prioridad para la asignación de protección adecuada.

No es lo mismo proteger un recurso intermedio de red como: switch, router, puente o servidor, que un elemento periférico como una impresora o lector DVD, debido a que no poseen el mismo nivel de importancia dentro de la red de datos. Para generar la valoración apropiada de los recursos de red se han usado dos criterios:

· Importancia del recurso de red (Ri).

· Severidad de la pérdida del recurso de red (Wi).

El manejo de la cuantificación del riesgo asociado a los recursos de la Unidad Académica, para presentar resultados se asignó una valoración de entre 1 y 10 a los criterios según

Servidor Linux Firewall El servidor GNU/Linux esta desactualizado y las reglas en el Firewall no están correctamente definidos.

No existe mantenimiento de los servidores.

· Los ataques a la red pueden realizarse mediante los servicios que no están controlados por reglas de filtrado.

· La seguridad se compromete al momento que los usuarios internos tienen libre acceso a los servicios inseguros.

· El sistema es vulnerable a ataques tipo DoS, Spoofing de IP y ARP.

Segmentación lógica a nivel LAN incompleta

No se puede controlar eficientemente el uso de recursos de red, como el ancho de banda.

La red no es administrable completamente, en varios segmentos críticos no existe la aplicación de redes LAN virtuales, que permita tener un mejor control de tormentas broadcast comprometiendo seriamente el ancho de banda.

· Se degrada el rendimiento de la red

Servicios que contestan directamente a peticiones externas con información critica

Algunos servicios como Correo electrónico,

Administración remota y Navegación muestran información importante como: el sistema operativo que se está ejecutando, la

versión del sistema operativo y la versión del Kernel (núcleo del sistema operativo Linux) o servicio que se está ejecutando.

Mala configuración de los servicios tanto en el servidor Windows NT y Linux.

· Esta información es de mucha ayuda

· para un atacante, le servirá para encontrar en

· sitios de internet vulnerabilidades para el sistema operativo y para ciertas versión

· de Kernel (núcleo del sistema operativo Linux), en particular, produciendo ataques exitosos y desastrosos que comprometen altamente la seguridad de la información.

No existe un Sistema de Detección de Intrusos.

El administrador de la red no está prevenido de los diversos tipos de ataques que se pueden presentar.

Circulación de paquetes de datos innecesarios que no son controlados en la red.

· Inminentes ataques tipo: DoS (denegación de servicios), virus, troyanos, Spoofing (suplantación de identidad), sniffing (control de trafico de la red).

importancia del recurso de red (Ri) e incidencia en la pérdida del recurso de red (Wi). Entonces podemos definir la valoración de riesgo como el producto entre Ri y Wi, como se muestra en la fórmula:

WRi = Ri * Wi 1 (1)

Al momento de aplicar esta fórmula matemática, se empleó el valor máximo del rango de 10, esto quiere decir, que el recurso de red es muy importante o que la incidencia del daño del recurso en red es vital.

Cabe señalar que los parámetros en el rango de 1 a 10 es subjetivo, éstos pueden tomar diferentes valores como: 1 a 30 o 1 a 100.

Para priorizar los riesgos en los dispositivos activos de red y servicios implementados, se realizó el respectivo análisis tomando como referencia la siguiente la Tabla No 2.

1 SENA. (14 de 02 de 2012). Redes y Seguridad. Bogota, Cundinamarca, Colombia.

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TABLA II.

EVALUACIÓN DE RIESGOS

Recurso del Sistema Importancia

Ri

Severidad

Wi

Riesgo

EvaluadoNº Nombre

1 Switch 8 10 80

2 Router 8 10 80

3 Servidor Firewall

10 10 100

4 Servidor Base de Datos

10 10 100

5 Servidor de Aplicaciones

10 10 100

D. Razonamientos de aplicación del análisis de riesgos

· A los servidores se ha asignado el máximo del puntaje en cuanto a riesgo e importancia, puesto que, es en estos recursos es en donde se procesa la información.

· El servidor firewall es un recurso que es considerado crítico como medio de protección el cual debe estar constantemente auditado y analizado.

· Los demás recursos en la tabla tienen un mismo nivel de importancia pero el riesgo es menor de acuerdo a como están expuestos a situaciones de ataque externos.

En cuanto a los usuarios, estos deberán definirse a que software o dispositivo tendrán acceso y la creación de los mismos será por grupos y poseerán privilegios. En la Unidad Académica se agrupan los administradores de:

· Red· Base de datos· Aplicaciones

El manejo de privilegios ya accesos se determina en la TABLA III:

TABLA III

PRIVILEGIOS Y ACCESOS POR USUARIO

Grupo de Usuarios

Nombre del Recurso

Tipo de Acceso

Permisos otorgados

Administradores Aplicaciones Local Lectura, escritura

AdministradoresBase de datos Local Lectura, escritura

Usuarios Aplicaciones Local Lectura

UsuariosBase de datos Local Lectura

Usuario Aplicaciones Remoto Lectura

UsuarioBase de datos Remoto Lectura

E. Estudio de las aplicaciones.

El sistema SIGEAC, es el que ofrece el soporte tecnológico transaccional para el área administrativa y curricular. Desde la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas y Eléctrica se brindará el soporte para las otras Unidades Académicas que seguirán integrándose hasta lograr una centralización completa que permita una administración organizada.

Se tiene previsto que en los meses siguientes se continúen instalando servicios como: gestor documental, sistema administrativo contable OpenERP, sistema de autentificación de usuarios, cloud computing.

Las plataformas de los aplicativos antes descritos, necesitan contar con una infraestructura de red que soporte la comunicación tanto de usuarios internos y externos, para lo cual, se propone un rediseño de red (Fig. 2), que tiene como objetivo principal implementar un sistema de defensa que se ajuste a las necesidades actuales y futuras para exponer servicios de red. Motivo por el cual, se propone un esquema de defensa perimetral como se describe a continuación:

Fig. 2 Esquema de red propuesto

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Topología lógica propuesta: Se han considerado las siguientes directrices de diseño lógico de la red:

1) Funcionalidad; La red funcional, permite que los usuarios cumplan con sus requisitos laborales. La red suministra conectividad de usuario a usuario y de usuario a aplicación con una velocidad y confiabilidad muy razonable.

2) Escalabilidad; La red puede aumentar de tamaño. El diseño original puede aumentar sin que se produzcan cambios importantes en el diseño general.

3) Adaptabilidad; La red está diseñada teniendo en cuenta tecnologías futuras y no incluye ningún elemento que limite la implementación de nuevas tecnologías a medida que se tornen disponibles.

4) Facilidad de administración; La red está diseñada para facilitar su monitoreo y administración, con el objetivo de asegurar una escalabilidad de funcionamiento constante.

F. Características del rediseño de Red (Plan de renovación tecnológico).

El rediseño de red (Fig. 2), tuvo como referencias las nuevas estrategias obtenidas luego del análisis de vulnerabilidades y riesgos:

1) Implementar un Router-Firewall y levantar las reglas de seguridad para aplicar filtros de contenido, desvío de puertos, DMZ, control de ancho de banda.

2) Implementar un servidor Linux Hotspot en la Red Wireless habilitando el protocolo Radius para la asignación de enlaces controlados y con QoS (Calidad de servicio), por punto inalámbrico de conexión, separando los accesos por la Red Curricular y de Profesores.

3) Implementar un servidor NIDS Linux Snorg que es una herramienta de seguridad que para detectar o monitorizar los eventos ocurridos en la red informática en busca de intentos de comprometer la seguridad.

4) El acceso a Internet canalizar por una sola dirección Ip pública.

5) Remitir o bloquear el tráfico de la red en las interfaces del switch multicapa (VLAN).

6) Proporcionar seguridad básica (subnetting).

7) Control de tráfico en la red en el switch de core.

8) Definir listas del acceso con diferentes criterios en el switch de core.

Estas estrategias fueron propuestas y detalladas en un documento llamado “Plan de Renovación Tecnológica”, entregado a la máxima autoridad de la Unidad Académica para su aplicación.

G. Sistema de Seguridad propuesto

El sistema de defensa estará constituido por un Firewall Perimetral, que es un dispositivo que filtra tráfico entre una red protegida (interna) y una red insegura (externa). El objetivo a cumplir es de proteger la red interna de la gran cantidad de amenazas proveniente de usuarios de la red externa. Para alcanzar

esta finalidad hay que definir políticas y reglas para especificar las acciones a tomar con un determinado tráfico, esto constituye un único punto de falla y no varios como se muestra en la (Fig. 1). Se debe definir que alternativas de firewall se implementarás, las mismas que pueden ser:

· Firewall por software.

· Firewall por hardware.

1) Firewall appliance (aplicado en hardware): Son dispositivos optimizados y diseñados para realizar trabajos exclusivos de defensa perimetral, especialmente de filtrado de paquetes. Sus características principales son:

· Sistema operativo pensado y desarrollado para atenuar ataques.

· Mayor desempeño en comparación con los firewalls basados en software, mayor velocidad de procesamiento de instrucciones.

· Minimizan la necesidad de resolver el problema de escoger entre: sistema operativo, software de filtrado y hardware, porque todo viene configurado, simplificado y optimizado en un solo dispositivo.

· Menor tiempo de implementación que los firewalls basados en software, por las razones antes mencionadas.

2) Firewall (aplicado en software): Establecen una alternativa aplicable por su costo en relación a los firewall basados en hardware, pero su configuración demanda mayor conocimiento y administración en su implementación, se debe seleccionar adecuadamente la plataforma de hardware y el sistema operativo, debido a que los sistemas Windows o Linux no son optimizados por defecto, además corren servicios que no son requeridos si la máquina funciona como firewall exclusivamente.

Por lo tanto, los Firewalls implementados por software, hay que deshabilitar los servicios innecesarios, con el propósito de mejorar el desempeño y reducir las posibilidades de penetración por parte de atacantes (a menor número de servicios habilitados mayor dificultad para atacar el sistema).

Para obtener mayor seguridad se debe habilitar el servicio proxy, que es un intermediario entre el usuario y el servicio que solicite. El propósito de actuar como intermediario es aparentar que el proxy recibe y procesa el paquete de datos como si estuviera dirigido a él, de tal manera que, determina si el mismo es seguro o no, para permitirle el paso a su destino final.

3) Implementación del sistema de defensa: El firewall deberá ser integrado con sistemas IDS (Sistema de detección de intrusos), e IPS (Sistema de prevención de intrusos), con el fin de analizar a profundidad el tráfico que lo atraviesa. Dicha composición eleva de forma significativa el nivel de seguridad del sistema de defensa. Se debe considerar la implementación de firewalls, que se ejecute en las máquinas de los usuarios y que tiene como finalidad protegerlas de tráfico generado dentro de la misma red interna, disminuyendo la propagación de software malintencionado o malicioso (malware).

Existen diferentes formas de proteger una red mediante firewalls, como se explicó anteriormente, cada implementación depende de forma específica de la organización y sus requerimientos, por tanto, no existe una topología única que garantice la seguridad de cualquier red, sino una política

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de seguridad que tras un estudio profundo debe generar los lineamientos que aporten al diseño más adecuado, en este caso, de la topología de firewall a implementar (Fig. 2).

Es importante recalcar que la selección e implementación de un firewall depende completamente de las necesidades de la Unidad Académica. Tanto los servidores que han de ser publicados como la red interna son protegidos por el firewall (Fig. 2). El área en la que se ubican los servidores públicos se conoce como zona desmilitarizada (DMZ), que se puede especificar como un área pública protegida que ofrece servicios al interior y exterior de la red. La red interna se comunica con la DMZ mediante enrutamiento (no deberían compartir el mismo segmento de red por razones de seguridad evitando más puntos de fallas). Este tipo de diseño se recomienda para la Unidad Académica, debido a su fácil implementación, seguridad y control del flujo de tráfico.

Se tomaron en cuenta las siguientes pautas en el momento de diseñar la arquitectura de red:

· En el borde del perímetro se ubica el Firewall (Fig. 2), que realiza el filtrado de paquetes y protege la DMZ y LAN de tráfico proveniente de Internet, así como el que viaja entre la LAN y la DMZ. En este punto de la arquitectura de la red se busca seguridad y desempeño.

· Los servidores críticos y con información más sensible de las redes son protegidos por el Firewall, para estos recursos la seguridad es mucho más importante que el desempeño en tiempo de respuesta del servicio invocado.

· Cada servidor implementa mecanismos de seguridad propios que permiten reforzar la seguridad de la red, como endurecimiento de sistema operativo y servicios.

· Los usuarios tienen un firewall personal instalado en sus máquinas.

El diseño de la arquitectura de red y las reglas del firewall perimetral son soportados por las políticas de seguridad que se describen a mayor detalle más adelante. En cuanto a las reglas que controlarán el tráfico, es recomendable seguir el siguiente procedimiento:

· Reunir la mayor información posible que permita una concepción de las reglas ajustada al sistema donde se implementarán, para ello se deben estudiar los servicios ofrecidos en la red y el tipo de usuarios que los reciben, considerando:

· Nivel de acceso a la información (privado/público).

· Que información es crítica y vital para la Unidad Académica

· Seguridad en comunicaciones a nivel de envío y recepción de datos (cifrado o texto plano).

· Con base en los requerimientos reunidos, se define la segmentación de la red en redes virtuales (VLAN), estas estarán constituidas por un conjunto de dispositivos activos de red con atributos y requerimientos de seguridad similares, es decir, la red es dividida en áreas con permisos y restricciones comunes.

· Construir en un nivel lógico las reglas que serán

aplicadas a cada una de las VLAN.

· Como se puede apreciar, se define qué tipo de accesos son permitidos entre las VLAN y cuándo almacenar registros de las conexiones. Las reglas planteadas deben ser depuradas y evaluadas para asegurar que su implementación no causen impactos negativos en la red, como comprometer su desempeño a niveles de volver demasiado lenta la comunicación en la red.

Una vez finalizado el diseño se procederá con la implementación y pruebas correspondientes del sistema de defensa, tomando en cuenta los criterios que se aplican para escoger un Firewall:

· Desempeño esperado (Throughput): Un firewall se debe considerar que a mayor seguridad se pierde velocidad en la transferencia de la información, puesto que se tienen que observar y filtrar los datos. Este es un criterio de diseño importante porque se debe seleccionar una solución que no afecte considerablemente los tiempos de transferencia de información.

· Presupuesto: Existen diversas alternativas de software libre de código abierto y comerciales, a las cuales se les debe evaluar:

· Ventajas y desventajas en términos de confiabilidad,

· Calidad,

· Soporte,

· Costos,

· Trafico estimado: Esta medición nos permitirá dimensionar el hardware dependiendo del tamaño de la red.

· Nivel de profundidad del filtrado: dependiendo de los recursos a proteger es conveniente decidir hasta qué capa del modelo OSI, se debe realizar el chequeo de los paquetes, considerando que a mayor nivel de profundidad se pierde en velocidad pero se gana en seguridad, esto debido a que el Firewall deberá tomar decisiones en el despachó de datos de acuerdo a las políticas y reglas definidas.

· Capacidad de escalabilidad de las funciones del firewall.

Un firewall funciona si existe un perímetro de red definido, en el que no existan otras conexiones o enlaces que rompan el perímetro en cuestión (Fig. 2).

Es primordial un estudio concreto de las redes inalámbricas observando en todo momento por diseño que un access point (punto de acceso inalámbrico) indebidamente protegido, es un dispositivo que rompe un perímetro de seguridad, permitiéndole a un atacante registrarse automáticamente dentro de la red sin haber interactuado y negociado con el firewall. Otro problema es cuando un usuario se conecta a Internet mediante un módem desde el interior del perímetro, se debe establecer una política de seguridad que imposibilite esta acción.

Las reglas del firewall deben ser examinadas periódicamente, estas deberán ajustarse a nuevos ataques o intentos de vulnerar la

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seguridad perimetral.

Para prevenir ataques a tiempo, hay que revisar continuamente los reportes o archivos tipo logs que genera el dispositivo de defensa.

Un firewall debería tener instalado solamente el software necesario para cumplir con el control del tráfico. Durante el estudio de penetración se determinó que los firewalls mal implementados con servicios innecesarios contestan con información importante para realizar un ataque más conciso y dedicado.

En resumen la seguridad de la red no se concentra en el firewall solamente, aunque es parte importante de la misma, sino en las políticas de seguridad coherente que se adapte a la Unidad Académica y su misión, en la que se considere a la red como un todo y no como partes independientes que dependen de un firewall para protegerse (Fig. 1).

No necesariamente, debe ser considerado en la implementación del sistema de seguridad un solo proveedor, es aconsejable combinar soluciones, con esto se garantiza el máximo nivel de seguridad, evitando así que una vulnerabilidad pueda afectar la totalidad de la red.

4) Consideraciones de diseño para los servidores publicados:

· Los servidores que han de ser publicados deben poseer su propia seguridad, sin tener en consideración que estén protegidos por un firewall perimetral, con esta acción se incrementa el nivel de seguridad, canalizando las brechas de vulnerabilidades a un solo punto de falla (Fig. 1).

· Cuando un servidor va entrar en producción, este debe incorporarse a un proceso de análisis de seguridad que permita planear una actualización de vulnerabilidades a nivel de sistema operativo, contemplando todos los parches de seguridad disponibles según la versión.

· Con la intención de evitar el acceso libre a los servidores públicos de la DMZ, desde usuarios ubicados en la red interna, no debe haber conexión directa entre la DMZ y la red LAN de la institución (Fig. 1).

· No debe existir el registro de las cuentas de dominio en los servidores públicos de la DMZ, con el propósito de no comprometer la estructura de la red a usuarios ubicados en el exterior de la red.

5) Políticas de seguridad generales

En esta parte se presenta las políticas de seguridad, como un recurso, para mitigar los riesgos a los que La Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas y Eléctrica se ve expuesta. Tomado en cuenta que las políticas de seguridad son reglas directas y simples que permiten viabilizar el mantenimiento de la seguridad en la red perimetral. Las políticas generales se han establecido en la siguiente división:

6) Política: identificadores de usuario y contraseñas

Artículo 1: Todos los usuarios con acceso al sistema de Gestión Académico (SIGEAC), correo electrónico, internet y cualquier otro servicio, dispondrán de una única autorización de acceso compuesta de identificador de usuario y contraseña.

Artículo 2: Ningún usuario recibirá un identificador de acceso

a la red de datos, recursos informáticos o aplicaciones hasta que conozca y acepte expresamente las Políticas de Seguridad.

Artículo 3: Los usuarios tendrán acceso autorizado únicamente a aquellos datos y recursos que precisen para el desarrollo de sus funciones, conforme a los criterios establecidos por el responsable de la información.

Artículo 4: La longitud mínima de las contraseñas será igual o superior a ocho caracteres, y estarán constituidas por combinación de caracteres alfabéticos, numéricos y especiales.

Artículo 5: Los identificadores para usuarios temporales se configurarán para un corto período de tiempo. Una vez expirado dicho período, se desactivarán de los sistemas.

7) Política: Conectividad a la red pública internet:

Artículo 6: La autorización de acceso a Internet se concede exclusivamente para actividades curriculares, investigativas y de trabajo. Todos los colaboradores de la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas y Eléctrica tienen las mismas responsabilidades en cuanto al uso de Internet.

Artículo 7: El acceso a Internet se limita exclusivamente a través de la red de datos de la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas y Eléctrica, es decir, por medio del sistema de seguridad con cortafuegos incorporado en la misma. No está permitido acceder a Internet llamando directamente a un proveedor de servicio de acceso y usando un navegador, o con otras herramientas de Internet conectándose con un módem o conexiones celulares.

Artículo 8: Internet es una herramienta de trabajo e investigación. Todas las actividades en Internet deben estar en relación con tareas y actividades del trabajo desempeñado.

Artículo 9: Sólo puede haber transferencia de datos de o a Internet en conexión con actividades propias del trabajo desempeñado.

Artículo 10: En caso de producirse una transmisión de datos importante, confidencial o relevante, sólo se podrán transmitir en forma encriptada.

Artículo 11: Se instalara un Sistema de Detección de Intrusos y un sistema antivirus, para mantener el sistema de seguridad perimetral auditado y ajustado a nuevos posibles ataques externos e internos.

8) Política: Seguridad

Artículo 12: La Seguridad del sistema Académico SIGEAC, se protegerá restringiendo el acceso a los estudiantes directamente a la base de datos.

Artículo 13: Todos los puertos para servicios no necesarios en el servidor de base de datos, deberán ser deshabilitados.

Artículo 14: Es indispensable la actualización periódica del sistema operativo y del software de base de datos.

Artículo 15: Deberán establecerse listas de control de acceso hacia el servidor de base de datos, también las redes de los estudiantes, para que no tengan acceso a las redes de profesores, investigadores y administrativos.

Artículo 16: Se instalarán programas antivirus y se configurarán todas las seguridades a nivel de sistema operativo en las computadoras de profesores, investigadores y

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administrativos. Además se actualizarán los parches del sistema operativo y las bases de datos del software antivirus.

10) Seguimiento de las Políticas de Seguridad

Es recomendable que después de la implementación de las políticas de seguridad se realice un seguimiento que facilite la evaluación y recopilación de los cambios que se produzcan motivados por una mejora continua de seguridad dentro de la Unidad Académica

A continuación se lista una serie de pasos que se pueden seguir para lograr mejores resultados del documento de políticas de seguridad expuesto anteriormente.

· Difundir las políticas de seguridad, mediante un portal web en el que se pueda desplegar las políticas por tipo de usuario, es decir, a nivel de administradores o a nivel de usuarios finales, asegurándose además que se pueda desplazar cómodamente a través de este, permitiendo que los usuarios solo se concentren en las políticas de interés para ellos.

· También se deberá ofrecer la posibilidad de recoger opiniones de los usuarios para retroalimentar las políticas y alinear los criterios a situaciones que no hayan sido previstas y deberían considerarse. Esta información se recolectaría por formularios a ser llenados por los usuarios, esta actividad permitirá una mayor integración entre los usuarios y las políticas de seguridad.

· Es importante la elaboración de un reglamento que permita reflejar el cumplimiento y conocimiento de las políticas por parte de los funcionarios, catedráticos y estudiantes, de esta manera no tendrán otra opción más que informarse de las políticas y cumplirlas.

· La preparación de trípticos informativos sobre los puntos esenciales del documento de políticas de seguridad, para asegurarse que hayan sido correctamente socializadas y garantizar su puesta en práctica. Imposibilitando la poca difusión y atención que presten los usuarios, por una mala comprensión o entendimiento parcial de las políticas o procedimientos.

· Para una mejor adaptación del personal al reglamento de aplicación de las Políticas de Seguridad se deberán realizar seminarios sobre seguridad informática dirigida a los diferentes niveles de usuarios:

· Administradores.

· Docentes.

· Estudiantes

· Se debe conformar un comité integrado por: administrativos, catedráticos, investigadores y estudiantes, con la finalidad de supervisar y alinear las actividades de seguridad vigente con los objetivos de la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas y Eléctrica. Fundamentar las propuestas que se presenten a las autoridades para realizar cambios o actualizaciones que se deberán realizar al documento de políticas de seguridad.

· Una vez autorizados los cambios se deberá proceder a la actualización del documento de políticas de seguridad siguiendo la normativa para este proceso,

acto seguido difundir las actualizaciones por los medios antes descritos enfocándose con mayor énfasis en los reajustes a la documentación original.

III. CONCLUSIONES

Se pudo evidenciar que con un correcto análisis de riesgo, con las indagaciones adecuadas, pero sobre todo con la utilización de herramientas apropiadas, se logran especificar la mayoría de las falencias que existían con respecto a la seguridad perimetral, para poder rediseñar la red de datos y proponer políticas de seguridad que ayuden a minimizar las debilidades dando como resultado el mejoramiento de la seguridad y los procesos dentro de la Unidad Académica.

La seguridad de la información es un compromiso compartido por todos los niveles de la institución, que requiere del apoyo de todos ellos pero debe estar dirigida por un plan de renovación tecnológico concreto y debe contar con una adecuada coordinación e implementación.

Se recomienda fuertemente la topología de red que brinda un mayor nivel de seguridad basado en redes tipo DMZ (zona desmilitarizada), aislando física y lógicamente los servidores que ofrecen servicios de Internet del resto de usuarios tanto internos como externos. Con esto se consigue seguridad en los servidores que brindan servicios internos (base de datos, servidores de aplicación) y también restringir el acceso a los servidores públicos solo por los protocolos y puertos necesarios.

El administrador de la red debe contar con herramientas como los sistemas IDS (detección de intrusiones) para el monitoreo de tráfico sospechoso en la red. Se recomienda herramientas open source, no está dentro del alcance de esta investigación hacer un estudio comparativo de las mismas, pero se plantean directrices que deberán cumplir, como es el monitoreo de la información que permitan ajustar el sistema de defensa perimetral a nuevas vulnerabilidades y utilidades de software, tanto para explotarlas como para combatirlas.

El administrador de la red, tendrá que revisar periódicamente las políticas planteadas en esta investigación y actualizarlas de ser necesario, de tal forma que estas se ajusten conforme avanzan las vulnerabilidades del sistema informático. Además hay que concientizar y capacitar a los usuarios en lo que concierne a seguridad informática.

RECONOCIMIENTOS

Un reconocimiento especial al Señor Decano Ing. Diego Cordero por su apoyo en la realización de este proyecto. Al señor Marco Yuquilima del grupo investigador por su dedicación y empeño demostrado.

IV. REFERENCIAS

[1] Cisco Systems, Inc. (2006) Fundamentos de redes inalámbricas. Madrid: Person Educación S.A.

[2] Red Hat, Inc. (2002), Red Hat Linux Security Guide. Red Hat Linux 9.

[3] Wenstrom M. (2001), Managing Cisco Network Security. Indianápolis: Cisco Press

[4] Amoroso E., Sharp R.(1997), Seguridad en Internet e Intranet. Madrid: Prentice Hall.

[5] Anónimo. (2000), Edición especial Linux máxima seguridad. Madrid: Person Educación S. A.

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[6] Subsecretaría de Tecnologías Informáticas, (12 de marzo de 2012). Secretaría de la Función Pública. Manual de Seguridad en Redes, Coordinación de Emergencia en Redes Teleinformática. Recuperado el 12 de marzo del 2012, de sitio web: http://www.icic.gob.ar/archivos/cert/PSI_Modelo-v1_200507.pdf.

[7] Microsoft-TechNet, Guía de administración de riesgos de seguridad de Microsoft, (17 de enero del 2012). Recuperado el 17 de enero del 2012, de sitio web: http://www.microsoft.com/spain/technet/recursos/articulos/srsgch00.mspx.

[8] Antonio Villalón Huerta, (24 de febrero del 2012). El Sistema de Gestión de Seguridad de la Información, La Nueva Norma UNE 71502. Grupo S2, Septiembre 2004. Recuperado el 24 de febrero del 2012, de sitio web: http://www.shutdown.es/ISO17799.pdf.

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Software pediátrico para evaluar el desarrollo y crecimiento infantil, en la zona urbana de la

ciudad de Cuenca (OERP Medical)

Isael SAÑAY


Cuenca, Ecuador

[email protected]

Abstract- The project is aimed at the adaptation of “Software development for evaluating pediatric and child growth in urban areas of the city of Cuenca (OERP Medical).” the same which will provide prospective data on the management of Stories Clinics pediatric to establish growth curves and infant development. This has to be possible to generate health-promoting activities which will improve the quality of life of children and adolescents.

Resumen—El proyecto se orienta a la adaptación del “Software pediátrico para evaluar el desarrollo y crecimiento infantil, en la zona urbana de la Ciudad de Cuenca (OERP Medical).” el mismo que permitirá contar con información prospectiva sobre el manejo de Historias Clínicas pediátricas para establecer curvas de crecimiento y de desarrollo infantil. Ello ha de permitir generar acciones de promociones de salud que lleven a mejorar la calidad de vida de los niños y adolescentes.

Palabras claves: Software, Pediátrico, Desarrollo, OERP, Medical, Crecimiento.

I. INTRODUCCIÓN

La población infantil del Ecuador presenta una compleja perspectiva en el campo de la salud, la mortalidad es elevada. Se estima que mueren alrededor de 33 niños por cada 1000 que nacieron vivos, estos inconvenientes ocurren en un marco de pobreza que impide a la población satisfacer sus necesidades básicas y lleva principalmente a niños a condiciones de mala nutrición en general y deficiencia de micronutrientes críticos que los vuelven vulnerables frente a enfermedades de naturaleza infecciosa y transmisible principalmente. La falta de indicadores antropométricos, no ha permitido establecer acciones de promociones de salud que permita mejorar la calidad de vida infantil.

En cuanto a los procesos asistenciales dejan mucho que decir en la región austral, al analizar las estadística, revela que el tiempo de espera para atención de los usuarios en los establecimientos de salud de la provincia del Azuay es de 37,2 minutos (SISEE, 2008), esto se debe a que los funcionarios emplean el tiempo en llenar formularios con los datos del paciente de forma manual y en muchos de los casos se evidencia duplicidad e inconsistencia en los mismos.

Por lo indicado el proyecto se orienta a la adaptación e implementación del “Software pediátrico para evaluar el desarrollo y crecimiento infantil, en la zona urbana de la Ciudad de Cuenca (OERP Medical)”. Para el desarrollo del software se ha considerado estándares de salud nacional e internacional, de forma que se pueda implantar el producto resultante en cualquier centro de asistencia de salud de la Ciudad de Cuenca.

II. TEXTO

A. Materiales y métodos.

1) Materiales:

Software:

· Servidor OpenERP server v 6.0.

· Cliente OpenERP client v 6.0.

· Base de datos Postgresql v 8.4 (gestor de base de datos).

· Sistema operativo ubuntu v 10.04, v 10.10, v 11.10.

· Administrador de Base de datos Pgadmin III.

· Editor de código Python Java eclipse v índigo; librería Pydev para el desarrollo.

· Software generador de diagramas de base de datos Schemaspy v 5.0.0.

· Editor de archivos .pdf Adobe reader.

· Editor de archivos de office de Windows en Linux Open Office.

· Editor de archivos Pdfnitro pdf.

Hardware:

Servidor de aplicaciones1:

1 Estos requerimientos depende del movimiento transaccional que tenga el sistema, mientras más información mejores caracte-rísticas de procesador y más RAM se necesitará, para ambientes de producción es recomendado unidades tipo raid.

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· Procesador Mínimo de 1GHz de 32 o 64 bits.

· 512 de RAM (para PostgreSQL).

· Disco duro de 15Gb, con 7200 RPM.

· Unidad de CD-ROM (solo para la instalación del S.O).

Cliente:

· Procesador Mínimo de 1GHz de 32 o 64 bits.

· 256 de RAM.

· Disco Duro 20Gb.

· Unidad de DVD-ROM.

2) Método: Para la ejecución del proyecto se trabajó en las siguientes fases:

FASE 1: Instalación y configuración del OpenERP Medical.

FASE 2: Adaptación e implementación de módulos del sistema pediátrico.

FASE 3: Documentación de módulos del OpenERP MEDICAL.

3) Antecedentes: En la constitución de la República del Ecuador en la sección tercera de comunicación e informática el artículo 16 numeral 2 hace referencia al acceso universal de las TICs. En la sección séptima de Salud Art 32. Describe la salud es un derecho que garantiza el Estado, cuya realización se vincula al ejercicio, la cultura física, el trabajo, la seguridad social, los ambientes sanos y otros que sustenten el buen vivir.

El Estado garantizará este derecho mediante políticas económicas, sociales, culturales, educativas y ambientales, y el acceso permanente, oportuno y sin exclusión a programas, acciones y servicios de promoción y atención integral de salud, salud sexual y salud reproductiva.

La prestación de los servicios de salud se regirá por los principios de equidad, universalidad, solidaridad, interculturalidad, calidad, eficiencia, eficacia, precaución y biótica, con enfoque de género y generacional.

En relación a los artículos citados el proyecto se encuentra enmarcado en los objetivos 1, 3 y 11del Plan Nacional para el Buen Vivir 2009-2003 de la República del Ecuador (Semplades, 2009), cuyas líneas de actuación se articulan operativamente para alcanzar los objetivos que se plantean en el proyecto.

El análisis de la información evidencia que en el mundo el 50% de la mortalidad pediátrica está relacionada directa o indirectamente con la malnutrición. La mortalidad infantil e incluso consecuencias negativas en la salud en la etapa aguda debido a malnutrición temprana, puede reducirse en un 30% mediante la implementación de intervenciones nutricionales simples. La población infantil del Ecuador presenta una compleja perspectiva en el campo de la salud, la mortalidad es elevada. Se estima que mueren alrededor de 33 niños por cada 1000 que nacieron vivos, estos inconvenientes ocurren en un marco de

2 El software libre ha de cumplir con cuatro libertades: para ejecutar el software en cualquier sitio propósito y para siempre, para estudiarlo y modificarlo a nuestras necesidades, de redistribución de modo que se nos permita copiarlo y compartirlo, y para mejorar el software y hacer públicas estas mejoras.

3 Licencia Pública General.

4 OpenERPPublicLicence, que es una adaptación de la licencia MPL Mozilla PublicLícense, que no permite hacer cambios en los logos.

pobreza que impide a la población satisfacer sus necesidades básicas y lleva principalmente a niños a condiciones de mala nutrición en general y deficiencia de micronutrientes críticos que los vuelven vulnerables frente a enfermedades de naturaleza infecciosa y transmisible principalmente. La falta de indicadores antropométricos no ha permitido establecer acciones de promociones de salud que permita mejorar la calidad de vida infantil. En cuanto a los procesos asistenciales dejan mucho que decir en el país, al analizar las estadísticas, revela que el tiempo de espera para atención de los usuarios en los establecimientos de salud de la provincia del Azuay es de 37,2 minutos (SISEE, 2008), esto se debe a que los funcionarios emplean el tiempo, en llenar formularios con los datos del paciente de forma manual y en muchos de los casos se evidencia duplicidad e inconsistencia en los mismos. Todo esto repercute a que no se tenga información prospectiva para la toma de decisiones lo que conlleva a que no se ejecute acciones de promoción de salud.

Por lo indicado el proyecto está orientado a la adaptación e implementación de software informático genérico “Software pediátrico para evaluar el desarrollo y crecimiento infantil, en la zona urbana de la Ciudad de Cuenca (OpenERP Medical)” que permitirá contar con información prospectiva sobre el manejo de historias clínicas pediátricas para establecer curvas de crecimiento y de desarrollo infantil.

Al establecer como genérico para el desarrollo del software se ha tomado en consideración estándares de salud nacional e internacional, de forma que se pueda implantar el producto resultante en cualquier centro de asistencia de salud del País, para lograr esta meta se partió de la adaptación de software libre2 OpenERP MEDICAL el mismo que es una aplicación vertical del Open ERP que es un sistema de Planificación de Recursos Empresariales (Ver Fig. 1.) desarrollado en forma modular, lo que significa que se puede incluir nuevos módulos para cubrir los requerimientos organizacionales, ya que es un Software libre que se suministra bajo dos tipos de licencia GPL3 para su servidor y escritorios GTK y QT, y un licenciamiento OPL4 para su servidor web, por lo que no se abonan licencias de adquisición ver Fig. 1. Sólo se paga por los costos de integración y adaptación a las necesidades de la empresa.

A pesar de su exhaustividad, las facilidades de interfaz y gestión de flujos de trabajo son muy simples e intuitivas de usar. Por esta razón OpenERP es uno de los pocos paquetes de software con clientes de referencia tanto en negocios muy pequeños (que requieren simplicidad) como en grandes cuentas (que requieren una amplia cobertura funcional).

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Fig. 1. Sistema de Planificación de Recursos Empresariales (Thinkting, 2011).

Todas las opciones de OpenERP básicamente se agrupan en pestañas laterales y superiores con lo que se puede decir que todo cuanto necesitamos está a la vista. OpenERP ha lanzado su biblioteca de aplicaciones, en donde todas las aplicaciones basadas en OpenERP son de código abierto. OpenERP incluye aplicaciones como gestión de CRM, Contabilidad y proyectos, así como aplicaciones muy específicas como la gestión de flotas, la automatización de las campañas de marketing, integración de e-Commerce, punto de venta, OpenERP Medical (Pinckaers, 2010).

OpenERP es multiplataforma, funciona sobre Linux y Windows (Servidor), y la interfaz de usuario está construida sobre la biblioteca grafica Gtk+ (cliente), también hay una alternativa construida sobre Qt. Adicionalmente OpenERP tiene un cliente para ambiente Web llamado Etiny que fue construido sobre el framework para desarrollo de aplicaciones web Turbo Gears (Fig. 2) (Pinckaers, 2010).

Fig. 2. Arquitectura Open ERP cliente servidor.

Emplea a PostgreSql como sistema manejador de bases de datos, y ha sido programado con el lenguaje de programación Python5, lo cual permite que su adecuación e implantación sea limpia teniendo un esquema de arquitectura menor que otras soluciones.

Para la ejecución del proyecto se dividió en etapas que a continuación se analizan.

4) FASE 1: Instalación y configuración del OpenERP Medical.Instalación del Servidor Open ERP.

Instalación de paquetes Requeridos para GNU/LINUX.

Previo a la configuración e instalación del ERP Server se instalo Phyton la versión 2.5, además las librerías: psycopg2, reportlab, pychar, pydot, mxdatetime, xml, lxml y libxslt1, tz (librería zona horaria), PIL: PythonImaging Library (requerido para reportlab), Vobject: iCaldendar y Vcards.

Instalada las librerías se instala el servidor con las siguientes instrucciones.

$ tar -xzf openerp-server-6.0.X.tar.gz

$ cd openerp-server-6.0.X

$ sudo python setup.py install

Si el servidor Postgresql está corriendo, se levanta OpenERP server con el comando.

$ openerp-server

De lo contrario se debe instalar el servidor de base de datos PotsgresSql con la instrucción.

$ sudo aptitudeinstallpostgresql

Instalación del cliente: En la configuración del cliente se instalo ciertas librerías utilizando el comando.

$ sudo apt-get install python-gtk2 python-glade2 python-matplotlib python-egenix-mxdatetime python-hippocanvas

Y para la instalación del OpenERP-Client se accede a la carpeta en la que se tenga el openerp-client-6.0.3 se descomprime y se instala.

$ tar -xzf openerp-client-6.0.3.tar.gz

$ cd openerp-client-6.0.3


A continuación se comprueba la instalación.

$ OpenERP-cliente

Funcionando el cliente se procede a instalar el servidor Web de OpenERP.

Prerrequisitos:

Python>= 2.4

CherryPy>= 3.1.2

Mako>= 0.2.4

Babel >= 0.9.4

FormEncode>= 1.2.2

simplejson>= 2.0.9

pyparsing>= 1.5.0

El primer paquete instalado fue:

$ sudo aptitude install python-dispatch5 Posee licencia de código abierto y es un lenguaje de programación multi-paradigma ya que soporta orientación a objetos, programación im-perativa y, en menor medida, programación funcional.

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$ sudo aptitude install python-cherrypy3

TurboGears.

$ sudo apt-get install python-setuptools

$ sudo easy_installTurboGears==1.0.8

También se probo el comando.

$wgethttp://peak.telecommunity.com/dist/ez_setup.py

$ sudo python ez_setup.py

$ sudoeasy_installTurboGears==1.0.8

Se reviso si TurboGears se instalo apropiadamente con la instrucción.

$ tg-admininfo

Y se instalo el Servidor Web utilizando el archivo setup.py con las siguientes instrucciones.

$ tar -xzf openerp-web-6.0.X.tar.gz

$ cd openerp-web-6.0.X


Con el comando $ openerp-web se prueba que funcione adecuadamente.

Para la configuración del servidor se localizo el archivo config/default.cfg que está en el directorio EGG, y se marca los cambios indicados.

[openerp]

Server = “localhost”

Port = 8070

Protocol = “socket”

Dónde:

Server: es el host servidor de OpenERP.

Port: es el puerto del servidor de OpenERP.

Protocol: es el protocolo a ser usado (socket, http o https)

Ahora se inicia el servidor web con la instrucción start-openerp-web.

Si aparece el mensaje “cherrypy._cperror.NotReadu: Port not free”. Se entiende que otra aplicación esta utilizando el puerto 8080 configurado por defecto. Por lo que se puede cambiar el puerto modificando el valor server.socket_port en config/default.cfg.

Si todo está bien, se abre un web browser favorito y se escribe http://localhost:8080, y se puede ver la página de bienvenida con la ventana de login.

Importante: se debe revisar si los cookies de la web browser

están habilitados.

OpenERP server tiene que estar en ejecución siempre. Se puede crear una base de datos desde la interface DBAdmin haciendo clic en el botón administrador, se puede ver además el cuadro de selección de la base de datos. Después de crear una nueva base de datos puede logearse con admin/admin o demo/demo para ver a OpenERP en acción (SPRL, 2009).

Configuración e instalación del Open Medical: para la instalación del OpenMedicalse debe activar el servidor de OpenERP con los siguientes comandos.

$ cd oerp6/server/

$ python openerp/server.py

Iniciado el servidor se debe iniciar el cliente con los comandos.

$ cd oerp6/client/bin

$ python openerp-client.py

Al iniciar el sistema se muestra una pantalla de ingreso como el de la Fig. 3. En este caso se está trabajando localmente, pero tenemos que ubicarnos en la dirección exacta en donde está instalado el servidor como por ejemplo: Socket//127.0.0.1; luego escogemos la base de datos con la que vamos a trabajar que sería “Medical” y los dos parámetros el nombre de usuario como ejemplo admin y la contraseña, ejemplo 12345; tenemos que escoger códigos o contraseñas fáciles de acordarnos, pero difíciles de descifrar, para evitar inconvenientes y poder continuar con el trabajo.

Fig. 3. Conexión a la base de datos Medical.

Antes de la instalación debemos copiar los paquetes de Medical en el servidor de OpenERP en el directorio “medicalOpenERP/bin/addons/.

Para la instalación de los módulos de Medical seleccionamos administración de la cual se desplegara una lista en la que se elige la opción Módulos > Administrar Módulos (Fig. 4).

Fig. 4. Instalación de módulos.

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Después de haber elegido buscamos los paquetes de medical y los programas para su instalación Fig. 5.

Fig. 5. Paquetes Medical.

A continuación en la pantalla de administración de módulos se busca los módulos que se han de instalar por ejemplo Medical_patient (Fig. 6.).

Fig. 6. Módulos a instalarse.

Programado la instalación hacer doble clic en aplicaciones y programas para que comience a instalarse todos los paquetes de Medical esta opción se encuentra la parte superior izquierda (Fig. 7).

Fig. 7. Aplicar aplicaciones programadas.

Ejecutado esta opción se presenta una pantalla la cual permite actualizar el sistema, debemos escoger la opción de iniciar actualización para que empiece la instalación de los paquetes este proceso puede tardar algunos minutos (Fig. 8).

Fig. 8. Instalación de paquetes.

Terminado el proceso de actualización empieza la configuración de las aplicaciones el mismo que es guiado por asistentes.

En esta fase se dio varios inconvenientes entre los que se menciona:

a. Instalación de OPENERP: incompatibilidad de la versión 6 de OpenERP con la versión 8 de Ubuntu; se encontró además problemas al crear un usuario de PosgreSql 8.4 para la conexión de OpenERP Server.

b. Instalación de PostgreSql: se tuvo problemas en la administración de la base de datos que se crea al momento de ejecutar OpenerpClient, por lo que se instaló PgAdmin III para poder administrar la base de datos y consultar su contenido en las tablas.

c. Instalación de Java-Eclipse: se instaló la aplicación y se necesitó instalar un plugin para poder editar y crear el código de Python.

d. Instalación de módulos de OpenERP 6.0: el módulo base fue entregado con un retraso de 10 meses, y los módulos medical encontrados en la web no estaban adaptados para la versión 6.0 de OpenERP.

La investigación documental los foros de discusión la consultas realizadas a expertos ha permitido solventar estos inconvenientes. En estas circunstancias se tuvo que experimentar con diferentes versiones hasta lograr el objetivo final tener levantado el servidor ERP, el servidor WEB y el cliente.

5) FASE 2: Adaptación e implementación de módulos del sistema pediátrico: Debido a que los requerimientos generales de los centros de salud son: el trabajar en un entorno libre, trabajar en la WEB, trabajar en una intranet. Por lo mencionado el “Software pediátrico para evaluar el desarrollo y crecimiento infantil, en la zona urbana de la Ciudad de Cuenca (OERP Medical) SPEDCI” se orienta como una aplicación de tres capas (presentación, empresarial y la de datos) ver Fig. 9. (Weitzenfeld, 2005).

Para la implementación e implantación del SPEDCI, se seleccionó la metodología de Proceso Unificado Racional (RUP) con el modelo del Ciclo de Vida (Iterativo e Incremental) (Jacobson, Booch, & Rumbaugh, 2000); el RUP en su metodología que utiliza el Lenguaje Unificado de Modelado (UML) útil para el análisis, implementación y documentación de sistemas orientados a objetos (Schmuller , 2003). Las herramientas propias de la implementación con las que se ha

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trabajado han sido: Sistema operativo Linux, Lenguaje de Programación JAVA JDK 7, el IDE de desarrollo eclipse, base de datos PostgreSQL 8.4.

Fig. 9. Modelo de aplicación en capas.

Fases del Ciclo de vida del SPEDCI: El RUP, divide el proceso de desarrollo del software en fases (inicio, elaboración, construcción y transición) todo controlado con flujos de trabajo de ingeniería y Flujos de trabajo de apoyo6 (Fig. 10). Los Flujos de trabajo de Ingeniería incluyen: el modelado del negocio, la ingeniería de requerimientos, el análisis y el diseño, la implementación, las prueba y la liberación de una versión funcional del sistema; todas estas etapas del proceso de ingeniería del software se ejecutan en las fases del RUP. Los flujos de trabajo de apoyo: la configuración y cambios en la administración, la administración del proyecto y el ambiente; permiten controlar el proceso del desarrollo (Jacobson, Booch, & Rumbaugh, 2000). Lo indicado permite establecer las fases del desarrollo del sistema (Pressman, 2005). A continuación se analiza las distintas etapas del RUP.

Fase de Inicio o Estudio de oportunidad: En esta etapa se estudió, los procesos empresariales que realizará la aplicación (requisitos funcionales, no funcionales y objetivos empresariales), los niveles de escalabilidad, disponibilidad, seguridad y mantenimiento necesario a implementar; para lograr lo indicado, se trabajó en la Definición del Ámbito y Objetivo del SPEDCI lo que permitió definir la funcionalidad y capacidad del proyecto y la Preparación/Revisión de Diagramas (Schmuller , 2003): de Implementación, diagramas de componentes para las vistas de alto nivel del sistema además se logró determinar casos con escenarios bien estructurados (Jacobson, Booch, & Rumbaugh, 2000).

Fig. 10. Estructura del Proceso Unificado.

El análisis de los procesos del sistema hospitalario (Fig. 11. muestra parte del flujo de datos de los sistemas hospitalarios), permitió establecer los requisitos Funcionales y no Funcionales del sistema.

Fig. 11. Flujo de Datos de internación.6 El anexo A, muestra los Proceso de atención médica de la Clínica Humanitaria de la ciudad de Cuenca.

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Requisitos Funcionales:

R1. Soporte de cada uno de los formularios de impresión según las formas establecidas por el Ministerio de Salud.

R2. Historia Clínica integral del paciente sano o enfermo, que es llenada principalmente por el médico sea general o especialista, conteniendo todos los datos del paciente, como son datos personales, antecedentes perinatales (menores de 12 años), personales y familiares, desarrollo psicomotor, examen físico, evolución, control de vacunación y exámenes de laboratorio.

R3. Registro diario de morbilidad y actividades de los programas de salud.

R4. Consultas sobre los datos de los pacientes, personal médico, enfermedades, factores de riesgo, exámenes de laboratorio, diagnósticos, tratamientos, centros de salud y consultas.

R5. Soporte de manejo de la seguridad de los datos del sistema a través de la autorización de usuarios según perfiles, respaldo de datos y del sistema.

R6. Consulta y actualización de las historias clínicas de los pacientes.

R7. Consulta y actualización del Formulario CIE10.

R8. Consulta y modificación de la información del personal médico que realiza las consultas y que están adscritos a los centros de salud.

R9. Control y acceso al sistema a través de validación de los usuarios y de los perfiles del mismo.

R10. Funciones de instalación y administración del sistema

R11. Manejo de la seguridad de los datos y del sistema con las funciones de respaldo, control de autorizaciones de usuarios.

R12. Inclusión en el sistema de ayuda en línea.

R13 Administración de usuarios, Respaldos y auditorias.

Requisitos no funcionales:

R14. Validación de fechas y sus rangos en aquellas tablas que los ameriten.

R15. Control de acceso de usuarios autorizados a realizar operaciones básicas del manejo de los datos de la BD.

R16. Manejo transaccional de las consultas médicas.

R17. Permitir que el tiempo de respuesta del sistema sea mínimo con la realización de todas sus operaciones en forma rápida, segura y eficaz.

R18. Asegurar un buen entendimiento y una rápida adaptación de los usuarios al sistema a través de una interfaz de usuario intuitiva, agradable y fácil de operar.

R19. Plataforma operativa de producción.

Comprendido los procesos y requisitos del sistema se trabajo en los diagramas de casos de uso la Fig. 12. Muestra el caso de usos de internación de pacientes.

Fig. 12. Diagrama de caso de uso de internación de pacientes.

Con la información anterior se estableció los módulos de la aplicación los mismos que comprenden:

PARÁMETROS DEL SISTEMA:

Planes de vacunación.

Patologías.

Tablas de crecimientos.

Administración de pacientes:

Citas médicas.

HISTORIA CLÍNICA:

Datos de paciente.

Consultas y recetas.

Vacunas.

Seguimiento de la alimentación.

Patologías.

INFORMACIÓN PRENATAL:

Seguimiento del Embarazo.

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Parto.

Atención familiar.

Información de padres

Reportes

HISTORIAS CLÍNICAS:

Fichas de paciente.

Información prenatal.

Desarrollo y crecimiento.

Historial de consultas.

Historial de patologías.

Estadística.

Gráficos.

Fase de elaboración: Al tener bien definida la funcionalidad y capacidad del aplicativo, se logró determinar la arquitectura (lógica, física, tecnología y la infraestructura) del sistema, la misma que consiste en una arquitectura de tres capas como se observa en la Fig. 8 (Weitzenfeld, 2005).

La Fig. 13, muestra los paquetes implementados para la arquitectura de tres capas del SIAD.

Mediante los diagramas de componentes se logró describir los elementos físicos y las relaciones del sistema, lo que permite mostrar las opciones de realización incluyendo el código fuente. Son importantes los diagramas de componentes porque representan los elementos de software que entran en la implementación y fabricación del aplicativo y pueden ser: simples archivos, paquetes, bibliotecas entre otros.

Fig. 13. Diagrama de paquetes en las 3 capas.

Los diagramas de componentes utilizan las relaciones de dependencia, para indicar que un componente utiliza los servicios ofrecidos por otro componente.

Así podemos apreciar en la Fig. 14., parte del sistema de información enlazado los módulos de: Parámetros del sistema, Historia clínica, Información prenatal (Weitzenfeld, 2005).

Fig. 14. Módulos SPEDCI.

Fase de construcción: En la medida que se van logrando las iteraciones, se realiza un refinamiento de la arquitectura básica de manera incremental, es decir de a poco se profundiza en cada una de las fases del RUP. En esta etapa estamos listos para realizar la programación y pruebas de los distintos módulos del sistema, cabe mencionar que en esta fase esta en proceso de ejecución.

6) FASE 3: Documentación de módulos del OpenERP MEDICAL:

Fase de transición y seguimiento: En esta etapa está previsto trabajar en las siguientes actividades:

Liberación del Sistema Pediátrico.

Capacitación de usuarios administradores y usuarios finales.

Simulación con datos de Prueba con usuarios finales.

Preparación del Software para la producción.

Preparación de la Organización para arranque del software.

C. Discusión

A lo largo de las fases de desarrollo nos encontramos con inconvenientes que se menciona a continuación:

FASE 1: Instalación y configuración del OpenERP Medical:

Se trato de adjuntar varias versiones del OpenERP Medical, sin tener éxito puesto que no eran compatibles con la versión del OpenERP v 6 que se encontraba instalada; ya que entre la versión 5 y 6 de OpenERP cambiaba ciertas especificaciones al momento de adjuntar los módulos.

Estos inconvenientes se dieron como consecuencia de la falta de conocimientos de herramientas libres como Python, Posgresql, JAVA - Eclipse y el propio OpenERP. Herramientas fundamentales para el desarrollo del proyecto.

Se logró solventar algunos inconvenientes con auto-educación y apoyo de personas que conocían sobre el manejo de estas herramientas libres; y aunque al momento tenemos una visión general del manejo de las mismas nos encontramos detenidos por la falta de mayor conocimiento para la culminación del proyecto.

FASE 2: Adaptación e implementación de los módulos del

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sistema pediátrico.

Dentro de la fase de implementación de los módulos para el sistema pediátrico se tuvieron varios inconvenientes el momento de adaptar el modulo, tuvimos que iniciar analizando la estructura básica de un modulo de OpenERP para comenzar con la adaptación y la modificación del mismo.

Con la herramienta Eclipse y el plugin PyDev el cual se uso para modificar los módulos hubo inconveniente el momento de instalar dicho plugin pues no se podían descargar del repositorio oficial de Java y al usar los templates teníamos problemas de compatibilidad que poco a poco se superaron con la investigación del equipo de trabajo.

Cuando se modifico el modulo y lo adjuntamos al menú del OpenERP hubo inconvenientes en la parte del diseño de la interfaz ya que no se cuentan con los conocimientos necesarios lo cual retraso el desarrollo de la aplicación.

Al momento de analizar la BD hubo serios problemas por la cantidad de relaciones entre las Tablas usadas por el OpenERP y el Modulo Base Medical.

Al desarrollar las gráficas Antropométricas o reportes gráficos nos encontramos con un problema grave ya que el desarrollo de las mismas requiere de conocimientos avanzados en el manejo de Python los cuales no contamos al momento y no existe mucha información sobre dicho tema ni en la red ni por parte de personas particulares y docentes que nos brindaron su apoyo.

Esto hizo que se retrase el desarrollo de la aplicación y que al momento no podamos avanzar con este objetivo del proyecto que es el reporte grafico de los datos del niño ingresados en el modulo pediátrico.

FASE 3: Documentación de módulos del OpenERP MEDICAL.

Al iniciar el proyecto se documentó los requisitos funcionales y no funcionales del software a desarrollar y en el transcurso de este desarrollo se dieron cambios fundamentales debiendo cambiar los objetivos específicos del proyecto para conseguir una adaptación del software OpenERP Medical existente para manejo de historias clínicas generales por un módulo adaptado a nuestras necesidades y a pacientes pediátricos.

Dentro de la documentación que se entrega con la aplicación existen inconvenientes, ya que el escaso conocimiento de las herramientas libres que usamos en el desarrollo del proyecto no ha permitido terminar con la documentación que sirva de guía para el usuario y/o programador.

II. CONCLUSIONES

Para la adaptación e implementación de estos sistemas

informáticos, se debe comenzar con estudios preliminares de tal forma que se tenga claros sus requisitos funcionales y no funcionales, además se ha de establecer la plataforma tecnología en las que ha de funcionar.

Para la adaptación de módulos adicionales como es el pediátrico al software genérico Medical OpenERP, los integrantes del equipo ejecutor del proyecto, deben estar capacitados en las herramientas de desarrollo para que no se detenga el proceso de desarrollo.

Al establecer como genérico el desarrollo del software se tomó en consideración estándares de salud nacional e internacional, de forma que se pueda implantarse el producto resultante en cualquier centro de asistencia de salud del País.

RECONOCIMIENTOS

Nuestro imperecedero reconocimiento al Sr. Decano Ing. Diego Cordero, al equipo ejecutor formado por los estudiantes del quinto año de Ingeniería de Sistemas: Marcia Catalina Carpio Peralta, Christian Patricio Chicay Valdivieso, Juan Gabriel Jimbo Amaya, Diego Armando Guamán Tenezaca, Víctor Oswaldo Zambrano Juca.

Un reconocimiento especial a los profesionales del Hospital Universitario Católico, así también a los directivos de la Clínica Humanitaria de la ciudad de Cuenca.

III. REFERENCIAS

[1] Jacobson, I., Booch, G., & Rumbaugh, J. (2000). El Proceso Unificado de Desarrollo de Software. Addisson - Wesley.

[2] Pinckaers, F. (2010, Abril 13). Open ERP Aplicaciones de negocio. Retrieved Enero 19, 2012, from http://openerp.com

[3] Pressman, R. (2005). Ingenieria del Software un Enfoque Practico. Madrid: Mc Graw Hill.

[4] Schmuller , J. (2003). Aprenda UML en 24 horas. Naulcapan de juarez, Edo de Mexico: Pearson Educacion Latinoamerica.

[5] Semplades. (2009). Plan nacional para el Buen Vivir 2009 - 2013: Construyendo un Estado Plurinacional e Intercultural. Quito: Semplades.

[6] SISEE. (2008). Sistema de Indicadores Sociales del Ecuador. Quito.

[7] Weitzenfeld, A. (2005). Ingenieria del Softare Orientada a Objetos con UML, Java e Internet. Thomson.

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ANEXOS A.

Proceso de atención médica de la Clínica Humanitaria de la ciudad de Cuenca.

INICIO

ACTIVIDADES RESPONSABLE OBSERVACIONES

Entregar número de turno a Cliente para

Trabajo Social

Recepcionista

1

Entregar Ficha numerada y guíar al cliente a Trabajo Social

Acercarse a RecepciónCliente

El cliente viene por primera vez?

Recepcionista

SI

NO

Procedim.:Carnetización

Ingresar datos para ¨Comprobante de

servicio¨ Recepcionista

Entregar carnet en Recepción Cliente

- En caso de olvido o pérdida por parte del Cliente, la Recepcionista deberá buscar a través del medio electrónico el número de Historia Clínica ingresando apellidos y nombres.

- Para el caso exclusivo de pérdidas la Recepcionista deberá reemplazar con un nuevo carnet , incluyendo el valor de éste en el comprobante de servicio.

Ir a "Búsqueda de Pacientes" para encontrar el número de Historia Clínica . Luego pasar a "Registro de Episodio" y a continuación a "Asignación de Servicios"

RESPONSABLE

1

ACTIVIDADES OBSERVACIONES

2

Entregar comprobante e instruir a Cliente para que cancele en Caja e inmediatamente pase a esperar en "Preparación"

R.E. O

A.S. O

Emitir ¨Comprobante de servicio¨

Recepcionista

O: Medio electrónicoR.E.: Registro de Episodio

O: Medio electrónicoA.S.: Asignación de servicios

C.S. O

RecepcionistaClasificar carnets

C.S.: Comprobante Servicio

O: Caja

Colocar en área de atención según nombres de Gaveta 1, clasificando en clientes nuevos y antiguos

Telefonista

El cliente viene por primera vez?

SI

NO

Abrir Historia Clínica

Telefonista

Buscar Historia Clínica Telefonista

1


Cobrar valor de consulta Cajera

2

Adjuntar Historias Clínicas a carnets correspondiente

Colocando inmediatamente en Gaveta 2 de acuerdo al área de atención

ClienteCancelar en Caja valor

de consulta

- Comprobante de servicio : Parte 1 para Caja y la parte 2 entregar al Cliente

Telefonista

Retirar de Gaveta 2 Historias Clínicas y

Carnets

Llamar a Cliente para toma de signos vitales

Auxiliar enfermería


H.C. OO: Archivo GeneralH.C.: Historia Clínica

3

- En caso de que el Cliente no pudiera pa -gar el valor establecido en el Comprobante de Servicio la Cajera le guiará a Trabajo Social para que se analice la entrega de bono

Carpeta diferenciada si el Cliente es: Niña, Niño o Adulto

Al área de Preparación

Entregar a Auxiliar Comprobante de Servicio Parte 2

Cliente

1


3

Médico del área

Examinar a cliente

Registrar datos de atención médica

Médico del área

A.A. O

A.A.: Atención Ambulatoria

O: Historia Clínica

- Obstetricia- Ginecología- Pediatría- Clìnica- Cirugía- Cardiología

Entregar Historias Clínicas en consultorios

Llamar a cliente para atención

A.A. O

A.A.: Atención Ambulatoria

O: Historia Clínica

- Obstetricia- Ginecología- Pediatría- Clìnica- Cirugía- Cardiología

Médico del área

Auxiliar enfermería De acuerdo al área de atenciónAdjuntar a Historias Clínicas Comprobante de servicio Parte 2

4

Inmediatamente firmar el Comprobante de Servicio Parte 2

Tomar y registrar signos vitales


Devolver a Cliente carnet.Luego instruir a Cliente que espere junto al área para la atención

- 129 -


4

Debe hacerse exámenes comple-

mentarios, interconsulta y/u hospitalización?

Emitir Prescripción Médica

NO

P.M. O P.M.: Prescripción MédicaO: Cliente

Procedim.: Serv.complem.InterconsultaHospitalización

Médico del área

Médico del área En caso de ser necesario

SI

Pedir a Auxiliar enfermería Historias Clínicas de clientes

atendidos

RecepcionistaAdjuntado a Historia Clínica Comprobante de Servicio Parte 2 (al final de cada jorna-da)

Es Cliente de Pediatría?

SI

NO

Llenar Ficha de Crecimiento

F.C. O

5


Médico del área

F.C.: Ficha de CrecimientoO: Historia Clínica

En el caso de Clientes nuevos este formato está pre-impreso en las caras interiores de la historia Cínica. Por esta razón se debe incluir únicamente en el caso de Clientes antiguos.


FIN

5

Archivar documentos TelefonistaCoordinadora Consulta

Externa

P.C. O

Entregar a Telefonista Historias Clínicas ya

ingresa-das para archivo

Recepcionista

O: Medio electrónico

P.C.: Post Consulta

Realizar arqueo de caja CajeraAl final de cada jornada . Posteriormente entregar a Tesorería los Comprobantes de Servicio Parte 1, para su posterior devolu- ción para el archivo.

Ingresar post-consulta

Recepcionista

- Recopilar los Comprobantes de servicio Parte 2 para entrega posterior en Tesorería (al final de cada jornada)

- Ir a "Búsqueda de Pacientes" para encontrar número de Historia Clínica.

- Ver documento: Código de Enfermedad

- 130 -

Sistema de Gestión DocumentalDiego CORDERO


[email protected]

Abstract-The pressing amount of formal documentation flowing between and within organizations, contributes to: increase spending, consuming more resources, degrades the environment, difficult to control, retard the flow of paperwork. Therefore it is imperative to support the productivity of software solutions that support the information flow and processing of a formal, consistent with resource efficiency

Resumen— La acuciante cantidad de documentación formal que circula entre y al interior de las organizaciones, contribuye a: incrementar los gastos, consumir más recursos, deteriorar el medioambiente, dificultar el control, retardar la fluidez de trámites. En consecuencia es imperativo apoyar la productividad de soluciones de software, que apoyen el flujo y tratamiento de información de tipo formal, con la consecuente eficiencia de recursos.

Palabras clave: Gestor Documental, QUIPUX, firma digital, eficiencia de trámites, software libre de gestor documental

I. INTRODUCCIÓN

Las organizaciones comparten información de carácter formal hacia el exterior y en el seno interno de las mismas, ésta está constituida por memorados, oficios, sumillas, contratos, anexos, etc.

Considerables cantidades de papel se van acumulando, en archivadores, bodegas, estantes; que a la postre han sido el resultado del consumo de recursos como toners, cinta de impresión, papel, cartuchos, materiales que contribuyen a degradar el medioambiente, a tornar complejo el tratamiento de lo almacenado y a disminuir eficiencia en gestión de trámites.

Es importante en consecuencia, apoyarse en el uso de herramientas de software, para disminuir el impacto de los problemas como los mencionados en el párrafo anterior. Por ello una alternativa válida es el uso de la tecnología informática de software.

Agilitar los trámites de documentos es un requerimiento básico en la organización, disminuir la cantidad de imprimibles también lo es; disponer de aplicaciones informáticas para gestión de documentos es una premisa válida.

En esta necesidad se encuentra inmersa la Universidad Católica de Cuenca, y en forma concreta la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica. Para ello se ha conformado el equipo de investigación integrado por cuerpo docente y estudiantes, que han propuesto el proyecto denominado: “Sistema de Gestión Documental”, cuyo propósito se ha orientado a:

• Conocer la demanda de tratamiento de información interno

• Explotar posibles alternativas de software existentes en la gestión documental

• Explotar la solución viabilizada como de mayor idoneidad

• Prototipar el ambiente de producción de la solución

II. TEXTO

El detalle de la investigación se compone de varias fases entre ellas:

A. Ambiente actual

La Unidad Académica, dispone de un sistema de trámites de documentación, completamente manual. Archivos impresos a gran escala de volumen, circulan al interior y hacia el seno externo, en un flujo como el especificado en la Fig. 1.

Hay varias categorías de usuarios que interactúan entre sí: nivel directivo, personal administrativo, docentes, estudiantes. Existen diversos flujos de información que comprenden: solicitudes, oficios, memorandos, informes, disposiciones, reglamentos, políticas, motivaciones, consultas.

Se concentran archivos físicos de la información en distintas dependencias, en la mayoría de ellas no hay un tratamiento técnico, existe redundancia y duplicidad de contenidos, no hay control de versiones, y se tiende a un considerable consumo de recursos de impresión.

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B. Diseñando la solución

Es necesario cambiar la situación actual, y ello ha contemplado plantear la hipótesis sobre “La productividad del gestor documental informático, como alternativa para mejora de eficiencia, en tratamiento de documentos en la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica de la Universidad Católica de Cuenca, en el mediano plazo, en pos de la protección del medioambiente”.

Para concebir la solución es preciso partir de un detalle funcional de operación como se indica en las Fig. 2, todos los usuarios del gestor documental en función de su tipo generan y receptan información.

Fig. 2. Detalle funcional de la solución.

Hay emisores, receptores, flujos de trámite, un tiempo para despacho o autorización; todo dentro de un esquema de autoridad o estructura organizativa, y responsabilidad. La información tiene uno o varios emisores y uno o varios receptores. Los datos activos, se convierten en pasivos luego de: sumilla, despacho, emisión de resultados, negación, etc. Los roles de los usuarios también desempeñan el papel crítico, para dar fluidez a los

trámites. Esta descripción se ilustra en el diagrama de bloques de la fig. 3.

Es preciso que la solución apoye también la fase de almacenamiento y repositorio de los datos, pues en la actualidad en un entorno netamente manual, los archivos físicos consumen espacio, con dificultad de localización y recuperación cuando es necesario. Lo ideal es disponer de almacenamiento digital, con localizaciones virtuales para bitácoras, archivos, carpetas. Todo organizado de manera lógica, en función de los requerimientos de información de la Institución.

El rastreo y pista de trámites es un aspecto que debe contemplar la solución, pues de hecho, esto ha de permitir determinar el estado. Dato que posibilitará el levantamiento de indicadores de eficiencia, para opciones de mejora continua.

Fig. 3. Flujo de la documentación actual.

C. Alternativas de software disponible

El software libre está llamado a revolucionar modelos de negocio de la industria del software. No es este el momento de analizar con detalle el mundo del software libre, ni las plataformas tecnológicas, ni la tipología de licencias existente,

Entrega Documento(Petición)En Secretaria

Se revisa y Sugiere por parte

Del la persona encargada

La Solicitud se iráDependiendo el tipo a la

Autoridad correspondiente

Consejo Acdémico

Decano

Consejo Directivo

Seran aprobadas la solicitudes por

el Sr Decano cuando:

Seran aprobadas la solicitudes por


Serán aprobadas la solicitudes por


Para justificar faltas, rendir pruebas o trabajos atrasado deberán adquirir

un derecho ,con el cual se justifica directamente sin la necesidad de adjuntar ningún certificado para que la solicitud sea

aprobadaEn este Caso será resuelto por el Sr. Decano

de la Facultad de Sistemas

Este proceso de aprobacion de la Solictiud en el caso de Consejo

Directivo o Academico influira la fecha de entrega debido a que dependera de cuando se reunira los diferentes

consejos

Resolución de trámite

Dependiendo el criterio ya se del Sr Decano o de los

diferentes consejos según la solicitud tendrán la autoridad

para aprobar o negar la solicitud

Estudiante

Entrega y aprobación del

Documento

Fig. 1. Flujo de la documentación actual.

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ya que para todo ello son muy abundantes los recursos de información disponibles. Para los objetivos de este texto es suficiente con establecer los criterios básicos que deben cumplir las herramientas:

• Ofrecer el código fuente de la aplicación.

• Distribuirse bajo alguna de las licencias consideradas de referencia (véanse las licencias disponibles en Open Source Initiative , http://www.opensource.org).

• Poder ser modificadas, copiadas y distribuidas libremente, respetando los términos establecidos en la licencia respectiva.

Una revisión somera de las herramientas para gestor documental que son distribuidas bajo alguna de las licencias consideradas para software libre muestra la existencia de un gran número que ofrecen variadas prestaciones y orientaciones.

Brevemente, su arquitectura técnica se fundamenta en el terceto servidor web, intérprete de lenguaje de programación y gestor de base de datos. A este esquema responde el conocido acrónimo LAMP (Linux, Apache, MySQL, PHP), o su versión Windows, WAMP. Precisamente han sido PHP y MySQL las herramientas más extendidas entre los sistemas libres para gestión documental, ya que la mayoría de las soluciones se basan en ellos.

Ejemplos de todo esto se pueden encontrar en OpenSourceCMS (http://www.opensourcecms.com/), y en CMS Matrix (http://www.cmsmatrix.org/), que ofrece una matriz de comparación muy útil y exhaustiva para comparar los requerimientos y prestaciones de las diferentes herramientas. Muchas de estas herramientas son dignos contendientes de soluciones propietarias de alto costo, y están siendo usadas en numerosas intranets y portales de todo tipo de organizaciones, lo cual ha permitido desarrollar un mercado y un modelo de negocio, que por el momento parece sostenible a corto y medio plazo.

El interés de este tipo de soluciones, tanto en los clientes como en los proveedores de servicios de valor añadido, puede verse reflejado en Holst (2001), Dolye (2003) y Robertson (2004) [1].

Con la intención de apoyar informáticamente la propuesta se han analizado dentro de la categoría de productos de software libre tres soluciones disponibles. Así:

OpenKM es un gestor documental de código libre para la pyme. OpenKM es una aplicación Java J2EE que se ejecuta en un servidor de aplicaciones JBoss, la base de datos del repositorio puede ser MySQL, PostgreSQL, Oracle entre otras [2].

Una de las principales funcionalidades de OpenKM es la facilidad que tienen los usuarios para crear y compartir documentos accesibles por distintos grupos de trabajo; permite revisar los documentos, dejar notas o configurar el flujo de trabajo asociado a los mismos, permitiendo automatizar distintas acciones.

Dispone de complementos para integrarlo con el paquete de MS Office, de manera que sea más práctico editar y trabajar con documentos e indexarlos directamente en el gestor documental.

Otras opciones útiles son: la carga masiva de documentos utilizando ficheros ZIP; ubicación de documentos de forma sencilla; notificación de eventos por correo electrónico; creación de tags (tareas) y nube de tags para buscar documentos asociados.

De entre las de mayor difusión en el medio; usabilidad en instituciones de carácter público o privado; con soporte en base a personal técnico calificado; versionamiento continuo, por desarrollo actual; experiencia de productividad; costo de inversión; se encuentran ALFRESCO y QUIPUX.

ALFRESCO es un sistema de administración de contenidos libre, basado en estándares abiertos y de escala empresarial para sistemas operativos tipo Unix . Se distribuye en dos variantes diferentes:

• Alfresco Community Edition: Es software libre, con licencia LGPL de código abierto y estándares abiertos.

• Alfresco Enterprise Edition: Se distribuye bajo licencia de código abierto y estándares abiertos con soporte comercial y propietario a escala empresarial.

Alfresco incluye un repositorio de contenidos, un framework de portal web para administrar y usar contenido estándar en portales, una interfaz CIFS que provee compatibilidad de sistemas de archivos en Windows y sistemas operativos tipo Unix, un sistema de administración de contenido web, capacidad de virtualizar aplicaciones web y sitios estáticos vía Apache Tomcat, búsquedas vía el motor Lucene y flujo de trabajo en jBPM. Alfresco está desarrollado en Java [3].

QUIPUX es un sistema de gestión documental, modificado a partir de ORFEO, que utiliza tecnologías y estándares abiertos. La Subsecretaría de Informática de la Presidencia de la República del Ecuador, efectuó modificaciones a la versión original adaptándolas a las necesidades de gestión documental de las entidades de la Administración Pública Central.

QUIPUX, está disponible en ambiente de Producción en la dirección: www.gestiondocumental.gob.ec. En ambiente de Capacitación en la dirección: http://cap.gestiondocumental.gob.ec [4]

D. QUIPUX la alternativa válida

Para orientar la solución de software con mayor adaptabilidad de entre los productos libres disponibles en el medio, se ha dado mayor viabilidad a las características funcionales de QUIPUX.En QUIPUX se incluye la firma electrónica de los documentos generados, bajo formato preestablecido.

Provee las siguientes características [5]:

• Creación, envío, recepción, almacenamiento y clasificación de memorandos, oficios y circulares y anexos.

• Búsqueda, recuperación y presentación de documentos, incluido el flujo conforme al orgánico regular.

• Acceso al sistema de usuarios internos y externos (ciudadanos) a las instituciones.

• Organización y clasificación de documentos digitales

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en carpetas o expedientes virtuales.

• Control de documentos impresos almacenados en archivos físicos.

• Recepción, captura e ingreso de documentos impresos.

• Firma electrónica personal de documentos.

• Firma manuscrita de documentos impresos desde el sistema.

• Reportes estadísticos de documentos creados y enviados, tramitados, pendientes, archivados.

• Almacenamiento permanente y transferencia de archivos o expedientes.

• Creación compartida de documentos.

• Administración de instituciones, áreas, carpetas virtuales, numeración y formatos de documentos.

• Generación de documentos digitales (o para imprimir) en formato PDF.

• Seguridad y auditoría a través de usuarios, perfiles y archivos de auditoría.

E. Explotación y parametrización

Es requerimiento que el software cubra las especificaciones descritas a continuación:

• Autenticación de usuarios registrados.

• Implementación de trámites formales de cualquier tipo.

• Búsquedas con diferentes criterios: por fechas, empleados, palabras claves, descripciones, instituciones, Facultades, Unidad Académica.

• Control de tiempos en despacho de trámites.

• Rutas de trámites.

• Documentos anexados.

• Control e identificador único para cada documento según su tipo.

• Facilidad y rapidez en recibir y aprobar documentación.

• Documentos protegidos en registro digital e histórico.

• Autorizaciones con firma digital.

• Personalización de opciones de menú.

• Personalización de acceso a diferentes reportes.

• Definición de accesos a módulos.

F. Descripción y escenarios de casos de uso

A continuación se describen los casos de uso de la aplicación,

en las tablas I, II, III, IV, V.

TABLA IESPECIFICACIÓN DE CASO DE USO PARAMETRIZACIÓN

Caso de Uso: Parametrización Permite crear flujos d e trámites, estructura o rganizativa, usuarios, tipos de t rámites o documentos, perfiles d e usuario, colas, opciones de almacenamiento. Esto se lo hace a nivel de usuario administrador Pasos

• Crear entidad y estructura organizativa • Definir usuarios • Crear flujos de trámites o procesos • Asignar perfiles de usuario • Seteo de buzones de entrada, salida • Configuración, almacenamiento

Actores beneficiados • Secretaría, coordinación, autoridades, docentes,

estudiantes

TABLA IIESPECIFICACIÓN DEL CASO DE USO, AUTENTIFICAR

Caso de Uso: Autentificar Validación d e datos de u suario, y acceso a opciones disponibles Pasos

• Identificar datos del usuario, contraseña, cédula y tipo de usuario.

• Validar el usuario. Actores beneficiados

• Secretaría, coordinación, autoridades, docentes, estudiantes

TABLA IIIESPECIFICACIÓN DEL CASO DE USO, REGISTRO DE

TRÁMITES

Caso de Uso: Registro de trámites Es l a parte operativa principal de l a aplicación; permite encadenar el trámite, ya sea: oficios, memorandos, sumillas, solicitudes, disposiciones Pasos

• Selección de opción • Registro de trámite • Enrutamiento

Actores beneficiados • Secretaría, coordinación, autoridades, docentes,

estudiantes

TABLA IVESPECIFICACIÓN DEL CASO DE USO, ANÁLISIS Y

APROBACIÓN

Caso de Uso: Análisis y aprobación Realizado por la entidad respectiva, uso de la firma digital. Condiciones resultantes Agilidad de trámites Pasos

• Recepción de la solicitud. • Revisión • Emisión de una respuesta.

Actores beneficiados • Secretaría, coordinación, autoridades,

docentes, estudiantes

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TABLA VESPECIFICACIÓN DEL CASO DE USO, ANÁLISIS Y

APROBACIÓN

Caso de Uso: Consultas Permite determinar el estado de la transacción Pasos

• Ingreso del usuario. • Seleccionar la transacción, uso de filtros • Verificarelestado del trámite.

Actores beneficiados • Todos los actores.

G. Arquitectura de la solución

La solución es del tipo distribuido, con una arquitectura de tres capas, como se indica en la Fig. 4.

Fig. 4. Arquitectura de la solución

Clientes se traduce en la capa de presentación; la lógica de los procesos de la organización o institución constituye la aplicación; y el almacenamiento es la capa de la base de datos; como se indica en la Fig. 5.

Fig. 5. Capas de la solución

En cuanto a los componentes de la aplicación en la Fig. 6., constan: el manejador de base de datos que es postgressql, el lenguaje de implementación constituido por JAVA, la interfaz de programación conformada por NETBEANS. Juntos dan funcionalidad a QUIPUX, para organización del archivo digital, flujo de documentos de acuerdo a orgánico, acceso a usuarios a la estructura documental, recepción en línea de trámites, consultas y reportes estadísticos.

Fig. 6. Componentes de la aplicación QUIPUX

H. Diseño de la arquitectura lógica y física del sistema de información

Debido a que la arquitectura del Sistema de Información tanto lógica como física es distribuida se lo divide en tres capas: Capa de clientes, Capa de Aplicación y Capa de Base de Datos

Diseño de la capa de clientes.

Debido a que la capa de clientes administra la interacción con el usuario, es decir muestra los datos al usuario, obtiene los datos e interpreta los eventos para identificar los documentos indexados y estos a su vez interactúan con los componentes de acceso a la lógica de datos, presentando la información a los usuarios y permitiendo realizar entradas a la base de datos se le suele dividir en los siguientes componentes:

• Componentes de interfaz de usuarios.

• Componentes de procesos de usuarios.

Diseño de capa de aplicación.

Lo más importante de una Aplicación es la funcionalidad que proporciona. La aplicación realiza un proceso empresarial que consta de una o varias tareas, en los casos más simples se pueden encapsular en un método de un componente, en los procesos empresariales complejos con varios pasos y transacciones de ejecución larga. La aplicación necesita de una forma de organización de las tareas empresariales y almacenar el estado hasta que el proceso se haya completado.

Las capas empresariales se dividen en:

• Componentes y flujos de trabajo.

• Componentes.

• Entidades.

Al implementar la lógica, es necesario decidir si es preciso organizar o no el proceso, o si será suficiente disponer de un conjunto de componentes. Se puede implementar el proceso utilizando un solo componente cuando:

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• Es una sola transacción.

• Se encapsule la funcionalidad y lógica que puede ser utilizada por muchas transacciones.

• La lógica que se ha de implementar necesita mucha programación o el control detallado de estructuras de datos.

• Se necesite disponer del acceso total a los datos.

Diseño de Componentes.

Los componentes, al ser la parte importante de las transacciones simples, implementan las reglas del negocio en distintos patrones y aceptan y devuelven estructuras de datos simples o complejos. Los componentes, deben exponer funcionalidad de modo que sea independiente de los almacenes de base de datos y de los servicios para realizar las tareas.

Para el diseño, de los componentes empresariales se han de tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

• Que la comunicación se dé mediante mensaje.

• Asegurar que los procesos expuestos en las interfaces de servicios no se puedan alterar, por tanto, evitando que el estado de la aplicación o el servicio no se pierda si se recibe un mensaje dos veces.

• Elegir con cuidado los límites de la transacción, de modo que se pueda realizar reintentos y composiciones.

• Los componentes, se ejecuten en el contexto de cualquier usuario de servicio ocultando de esta forma el servicio del usuario.

• Elegir un formato de datos coherentes: XML, conjuntos de datos, etc. Para los parámetros de entrada y los valores devueltos.

Los componentes son llamados por los siguientes nombres:

• Interfaces de servicios

• Componentes de procesos de usuarios

• Flujos de trabajos empresariales

• Otros componentes empresariales

Diseño de la capa de datos.

Todos los sistemas de información, requieren almacenar y tener acceso a un determinado tipo de datos. Al trabajar con datos se debe tener presente:

• El almacén de datos que utiliza (Base de Datos: Postgress).

• Sistema Gestión Documental Quipux

El formato de dato que se pasa entre los componentes y el tipo de programación utilizado.

Por lo general, las aplicaciones distribuidas requieren de varios orígenes de datos, la lógica utilizada para acceder a estos

orígenes de datos, se encapsulará en componentes lógicos de acceso de datos, que proporcionarán los métodos necesarios para la consulta y actualización de los datos viajando por las distintas capas y finalmente uno de los componentes lo utiliza.

Los datos, con los que la lógica de la aplicación debe trabajar están relacionados con entidades del mundo, que forma parte de la empresa. En determinados escenarios, se puede disponer de componentes personalizados que representan estas entidades o a su vez utilizar directamente conjunto de datos o documentos XML.

La ilustración de la capa de datos se indica en la Fig. 7.

Fig. 7. Capa de datos

G. Particularizando la solución en la Unidad Académica

Para volver factible la implementación es necesario, primero ejecutar la configuración del sistema:

• Creación de áreas.• Creación de usuarios.• Asignación de permisos.• Creación de plantillas.• Creación de carpetas virtuales.

Áreas, es la estructura organizativa de la Unidad Académica, constituida por:

• Consejo directivo.• Decanato.• Subdecanato.• Coordinación. • Secretaría.• Docencia, a tiempo completo.• Docencia, a medio tiempo.• Laboratorio.• Biblioteca.

Usuarios, pertenecientes a la estructura organizativa:

• Decano.• Subdecano.• Miembros de Consejo Directivo.• Coordinador.• Secretario.• Auxiliar de secretaría.• Docentes a tiempo completo.• Docentes a medio tiempo.• Laboratoristas.• Bibliotecaria.• Varios servicios.

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Trámites. Todo lo que se maneja de manera formal al interior de la Unidad, y que viene desde al exterior: memos, solicitudes, respuestas de memos, informes, comunicados, circulares, invitaciones.

Procesos, necesarios para operacionalización del sistema:

• Elaboración de listas personalizadas para el envío de comunicaciones.

• Chequear permanentemente las comunicaciones recibidas por parte del usuario.

• Revisión de plazos.• Archivo de información.• Escaneo de adjuntos.• Estadísticas de despacho de documentos.

Para referencia visual se citan a continuación extractos de las pantallas de la herramienta QUIPUX, Hay emisores, receptores, flujos de trámite, un tiempo para despacho o autorización; todo dentro de un esquema de autoridad o estructura organizativa, y responsabilidad.

1. Ingreso al sistema.

El sistema QUIPUX funciona adecuadamente en el navegador Mozilla Firefox hasta la versión 3.5.9. En otros navegadores no se certifica un adecuado funcionamiento.

Al realizar esto se desplegará la página web donde se debe ingresar el número de cédula y la contraseña, Fig. 8.

Fig. No 8. Ingreso al sistema QUIPUX

2. Estructura del Sistema

Al ingresar al sistema, se puede visualizar que las funcionalidades se encuentran distribuidas en tres regiones, Fig. 9:

a. Región Superior.- En esta región se encuentran los datos generales del sistema, los datos del usuario que ha ingresado, la funcionalidad de “Firma Digital”, “Ayuda” sobre el sistema y la opción para “Salir” del mismo.

b. Región Izquierda.- Se encuentra el menú vertical con las opciones que le permitirán al usuario acceder a las funcionalidades del sistema, según los permisos que tenga asociados.

Además se presenta al final, las estadísticas que muestran: Cantidad de usuarios conectados, cantidad de usuarios registrados, documentos generados y enlace

para acceder al detalle de estadísticas. Es la información general de todas las Instituciones.

c. Región Central.- Esta región es el área de trabajo, donde se van a desplegar las funcionalidades que el usuario ha seleccionado en el menú vertical izquierdo

Fig. 9. Regiones del documento

3. Seleccionar el tipo de gestión.

Opción que permite al usuario seleccionar el tipo de gestión, para referencia se ilustra en la Fig. 10, el diagrama de caso de uso que relaciona la autenticación, el registro, y el ingreso a la página principal desde donde el usuario está habilitado para Seleccionar el Tipo de Gestión a ser ejecutado.

Fig. No 10. Caso de uso del tipos de gestión a ser ejecutado

En la propuesta se han perfilado varias gestiones que pueden ser encaminadas, a través del gestor documental, entre éstas. Fig. 11:

• Hoja de vida. Aplicable para ubicar una bitácora con información de currículo del docente o administrativo, esta opción a criterio de los investigadores, se considera que no es muy funcional, para la filosofía de Quipux, sin embargo se lo ha propuesto, para surtir un requerimiento inicial, a posterior se propone reubicar en otro aplicativo para gestión de contenidos.

• Pruebas tomadas. Para la opción de fácil acceso a una evolución archivada

• Horarios. Permite organizar el tipo de clase por día o para una fecha específica.

• Justificación de faltas. Tendrá un formato específico donde la autoridad deberá llenar según sea el caso y adjuntar un archivo digital (escaneado) de la certificación del mismo.

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Fig. 11. Opciones de tipo de gestión

Están planeadas sin embargo otras opciones de funcionalidad, como:

• Trámites de graduación.

• Informes de acreditación de cada uno de los gestores de los criterios.

• Informes de las diferentes áreas administrativas.

• Solicitudes administrativas.

4. Registrar.

Al seleccionar la opción “Registrar” del menú del lado izquierdo, se desplegará la pantalla para registrar un documento externo, en la cual se deberá ingresar la información contenida en el documento físico que es entregado y recibido manualmente, Fig. 12.

La pantalla tiene cuatro (4) secciones:

a. Registro De/Para/Con Copia.

b. Información del Documento: Fecha, Categoría, Tipificación, No. de Referencia y Asunto.

c. Anexos.

d. Dirigir documento a.

Fig. 12. Referencia para registro de documento

5. Visualizar el estado del trámite

Permite determinar el estado en el que se encuentra determinado trámite encausado a través del gestor documental.

La Fig. 13, contiene el caso de uso en donde se enmarca la consulta

Fig. 13. Caso de uso de consulta del estado del trámite

La referencia gráfica de este proceso en Quipux, se indica en la Fig. 14.

Fig. 14. Referencia para consulta del estado del trámite

H. De la implementación en la Unidad Académica

No se ha visto muy claro el panorama de implementación al interior de la Unidad, puesto que todavía no está visible para todos los supuestos usuarios, la funcionalidad de la solución. Lo que se ha elaborado hasta el momento es el prototipo; de éste se pueden abstraer hallazgos como:

• Poca disposición del personal interno al uso del gestor documental.

• Nivel directivo comprometido con el uso del aplicativo, pero poca motivación del operativo.

• Insuficiencia del recurso tecnológico para productividad, en cuanto a servidores, estaciones de trabajo.

A este respecto el equipo de investigación como estrategia para productividad de la solución ha determinado que es necesario:

• Socializar la filosofía de la solución

• Solicitar la disponibilidad de la infraestructura de hardware y software de base para producción.

• Capacitar a los usuario de la aplicación

• Definir cronograma de productividad.

• Análisis post implementación, para retroalimentación de cambios.

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III. CONCLUSIONES

Del proyecto de investigación, se han detectado las siguientes conclusiones:

Están disponibles en el mercado una gran cantidad de soluciones propietarias y libres para gestión documental y gestión de contenidos. Sin embargo el factor económico es una premisa que tiene vital importancia, a la hora de elegir una alternativa.

El Gobierno de la Revolución Ciudadana, así nominado a la dirección gubernamental del Ecuador, ha efectuado esfuerzos estatales en el desarrollo y productividad, de software libre en diferentes ámbitos de aplicación. Quipux es un ejemplo de ello, en consecuencia es factible aprovechar el nivel de explotación, para usarlo a favor de las instituciones, que lo requieran.

Al interior de la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica, es necesario vencer las dificultades detectadas para apoyar la productividad de la solución, pero es importante considerar que es un asunto de compromiso de todos los niveles involucrados.

Con la solución habrá completa factibilidad de ahorro de espacio físico para almacenamiento de documentos, optimización de búsquedas, manejo de información digital,

El gestor apoyará la disminución del riesgo de la pérdida de información, por incendios, robos, inundaciones, otros.

Se contribuirá a la conservación intacta de los documentos a lo largo del tiempo, y a la tarea responsable de apoyo para proteger el medio ambiente.

Sería factible tener acceso inmediato a los documentos independientemente del lugar geográfico.

Se posibilitaría la búsqueda de documentos definiendo criterios de acceso de forma flexible y fácil, y consulta simultanea de varios lectores.

Con respecto a la seguridad se garantizaría la inviolabilidad de la información a través de mecanismos de seguridad digital.

Se logrará ahorro de recursos físicos y económicos para gestionar los documentos.

Es factible la disminución de impresión de documentos, con el correspondiente apoyo a la conservación del medioambiente.

RECONOCIMIENTOS

Reconocimiento especial al equipo de investigadores, conformado por los estudiantes del quinto año de la Facultad de Ingeniería de Sistemas: Victor Macas, José Vasquez, Cristian Estrada, Cristian Astudillo, Rafael Pinos.

Agradecimientos al personal de laboratorio de la Unidad Académica, a las instituciones y personal técnico que apoyaron la explotación de la Herramienta QUIPUX, al personal directivo, docente, administrativo y estudiantil de la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica de la Universidad Católica de Cuenca, por la información y datos proporcionados.

IV. REFERENCIAS

[1] HERRAMIENTAS DE SOFTWARE LIBRE PARA LA GESTIÓN DE CONTENIDOS. (2005). Recuperado el 15 de mayo de 2012, de sitio web Hypertext.net. http://www.hipertext.net/web/pag258.htm# 3

[2] OPENKM, GESTOR DOCUMENTAL DE CÓDIGO LIBRE PARA LA PYME. (2010). Recuperado el 21 de mayo de 2012, de sitio web Tecnología Pyme. http://www.tecnologiapyme.com/software/openkm-gestor-documental-de-codigo-libre-para-la-pyme

[3] ALFRESCO. (2012). Recuperado el 22 de mayo de 2012, de sitio web de ALFRESCO. http://www.alfresco.com/

[4] SECRETARÍA NACIONAL DE LA ADMINISTRACIÓN PÚBLICA. (2008). Recuperado el 20 de abril de 2012, de sitio web de la Subsecretaría de Tecnologías de la Información http://www.informatica. gob.ec/index.php/sistemas/transversales/gestion-doc

[5] AEX INGENIERÍA DE SISTEMAS. (2011). Recuperado el 12 de abril de 2012, de sitio web AEX. http://aex33.wordpress.com/2011/04/05/quipux-sistema-de-gestion-documental/

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Generación de un software para Medicina General - Departamento de Orientación de

Bienestar Estudiantil (DOBE)Andrés TORRES, Isael SAÑAY


[email protected]

[email protected]

ABSTRACT. -Medical Department and Department of Guidance and Student Welfare (DOBE) do not have any system to carry all your information digitally, thus generating a belated attention to pupils, loss of information. Every person in charge of the department takes the information manually. The software will serve to facilitate better data search would dramatically save time, efficiency in the management of patients, ease in obtaining results, track each student in terms of the physical and psychological. The project provides additional aid to each department as it has evolved into a friendly interface.

RESUMEN.- El departamento Médico y Departamento de Orientación y Bienestar Estudiantil (DOBE) no poseen ningún sistema que permita llevar toda su información digitalmente, generando de esta manera una tardía atención a los alumnos, pérdida de información. Cada persona encargada del departamento lleva la información manualmente. El software servirá para facilitar una mejor búsqueda de datos de forma vertiginosa, ahorrar tiempo, eficiencia en el control de pacientes, facilidad en la obtención de resultados, hacer un seguimiento a cada alumno en cuanto a lo físico y psicológico. El proyecto brinda una ayuda complementaria a cada departamento ya que se ha desarrollado en una interfaz amigable.

PALABRASCLAVES:Información,Búsqueda,Software.

I. INTRODUCCIÓN

Con el avance de la tecnología se han descubierto nuevas maneras de mejorar el tratamiento de la información, de procesar los datos plasmados en papel, a una forma digital en donde se ahorre un sin número de inconvenientes como por ejemplo: desperdicios de tiempo, presencia de datos inconsistentes, etc. Así se sintió la necesidad de mejorar su tratamiento en los departamentos DOBE y Médico del Colegio “Miguel Cordero Crespo”.

Luego de haber inspeccionado las falencias que poseía cada departamento, se obtuvo que en un 100% (ver Fig. 1.) no cuentan con un Sistema, Base de Datos (ver Fig. 2.), tampoco con Página Web (ver Fig. 3.), que permita agilizar la atención al estudiante así como una correcta organización de documentos.

El proceso de desarrollo de la aplicación, seguirá la metodología RUP (Proceso Unificado Racional), con la notación UML (Lenguaje Proceso Modificado Unificado), por ser una excelente herramienta para el diseño y modelado de proyectos(Schmuller, Aprendiendo UML en 24 horas).

Fig. 1. Sobre software en el Depto. Médico y DOBE

Fig. 2. Base de Datos en el Departamento Médico y DOBE

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Fig. 3. Página Web en el Departamento Médico y DOBE

II. TEXTOA. Materiales y métodos

1) Materiales HARDWARE: PROCESADOR INTEL CORE i3de 2,50GHz MEMORIA RAM 2 GB TARJETA DE RED 10/100/1000 SOFTWARE:

MANEJADORDEBASEDEDATOSSQLSERVER2008.LENGUAJEDEPROGRAMACIÓNVISUALSTUDIO2008.

INTERFAZ DE PROGRAMACIÓN C# 2008. APLICACIÓN WEB.

SISTEMAOPERATIVOSERVER2008STANDARD. MACROMEDIA FLASH.. MSCHART_VISUALSTUDIOADDON.

2) Métodos: Con el fin de desarrollar el software que será de utilidad en los departamentos Médico y DOBE, y cumplir con los requisitos involucrados en el proyecto, se empleó el método experimental para un mejor tratamiento de la información; de modo que exista menor pérdida de información y se pueda lograr seguimiento efectivo a los trámites de los alumnos en dicha dependencia.

3) Diseño de Investigación: De acuerdo a esto, el estudio propuesto parte de un diseño de campo, puesto que se carece de organización documental, pues del débil tratamiento de la información que existió, se pretende llegar hacia un sistema que automatice los resultados eficientemente y mantenga atención de calidad a los estudiantes (Noboa Rivera G. , 1995).

El objetivo que se persigue con este diseño, es proporcionar información relacionada con la orientación del alumno, planificación y desarrollo de actividades tendientes a prevenir problemas de comportamiento, rendimiento escolar, salud de los estudiantes, llevar diagnósticos de los test aplicados a cada estudiante, encuestas, registro de historias clínicas, etc. De esta manera, la investigación posee un diseño de campo, experimental, histórico-descriptivo(Noboa Rivera G. , 1990).

4) Metodología de la investigación: De acuerdo a los requerimientos del departamento Médico y Departamento de Orientación y Bienestar Estudiantil (DOBE), se solicita que la información esté basada en

el modelo que otorga el Ministerio de Salud Pública del Ecuador y el Ministerio de Educación; se tomó en cuenta las expectativas de la doctora, psicóloga y alumnos del Colegio para determinar, si se utilizarán herramientas de software libre o propietario, la base de datos será las más óptima y la que pueda relacionarse con el software en donde se desarrollará la aplicación.

Para el Desarrollo e Implementación de Software se utilizó RUP, que utiliza UML para preparar los esquemas del software, y está basado en componentes de software interconectados entre sí, a través de interfaces bien definidas. Cuyas características principales son la orientación a casos de uso, centrándose en la arquitectura, con propiedades iterativas e incrementales (Kruchten, 2000). Las herramientas utilizadas para laimplementación son: Sistema Operativo 2008 Server, Lenguaje deProgramaciónVisualStudio2008,interfazdeDesarrolloC#,Base de Datos SQL Server 2008.

5) Fases del Ciclo de vida del RUP: Debido a que no existe un proceso de desarrollo universal, que se use como estándar. Para el desarrollo del software se escogió la metodología de Proceso Unificado Racional (RUP), con el modelo de Ciclo de Vida,(Jacobson, Booch, & Rumbaugh, 2000) porque permiteadministrar y configurar cada una de las fases o niveles del proyecto.

El RUP (ver Fig. 4), divide el proceso de desarrollo del software en fases , todo controlado con flujos de trabajo. Los Flujos de trabajo incluyen: el modelado del negocio, la ingeniería de requerimientos, el análisis, el diseño, la implementación, las pruebas y la liberación de una versión funcional del sistema.

Fig. 4. Proceso de desarrollo de software con RUP.

El Tiempo que se estimó para la elaboración de este royecto es de 16 meses y 4 días aproximadamente. En base a lo expuesto a continuación se analizan las fases del RUP para el desarrollo del aplicativo:

Fase de Inicio: Aquí se definió cuál es el ámbito y cuál es el objetivo del proyecto, además se definió cómo va a funcionar y cuál es la capacidad del proyecto.

Los artefactos obtenidos en esta etapa son los que se indican a continuación: modelo de negocio, documento de análisis de los procesos institucionales, diagramas de casos de usos con

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escenarios bien estructurados (de acuerdo con la documentación), diagrama de actividades, diagrama de distribución (Fig. 6), diagramas de componentes para una vista de alto nivel del proyecto.

Fase de Elaboración: En base a los componentes generados en la etapa de inicio se logró establecer la arquitectura básica del aplicativo (Fig. 5), obteniendo lo siguiente: Modelado de Clases, Modelado de datos, Diagrama de Componentes, Diagramas de Distribución, que se utilizarán para modelar flujos de trabajo, de modo que se puedan identificar procesos redundantes que serán eliminados del proyecto (Schmuller, 2001).

Se determinó que el sistema consta de una arquitectura de tres capas como se observa en la Fig. 5.

Fig. 5. Modelo del Software en 3 capas.

Fig. 6. Diagrama de Distribución del Software.

Fase de Construcción: En esta etapa se realiza el refinamiento de la arquitectura básica (Diagramas de Casos de Uso, Diagrama de Clases, Diagrama de Implementación) y se procede con la programación y pruebas de los diferentes módulos del aplicativo.

La conexión de la aplicación web y el servidor de base de datos; se muestra a continuación como parte del código:

Conexión general de la aplicacion con la base de datos.

<connectionStrings><addname=”dbFichas”connectionString=”Data Source=BELEN-PC;Initial Catalog=Fichas;Integrated Security=True”providerName=”System.Data.SqlClient” /></connectionStrings>

9) Fase de transición y seguimiento: En esta etapa se da como resultado, una versión beta funcional del software Médico y DOBE, el mismo que prevé trabajar en las siguientes actividades:

La liberación del Software para el Departamento Médico y DOBE.

Preparación del Software para la producción. Implementación del software en el Colegio Universitario “Miguel Cordero Crespo” de la ciudad de Cuenca.

B. Resultados

Generación del Software para el Departamento Médico, Departamento de Orientación y Bienestar Estudiantil (DOBE):

· Análisis de la situación actual,· Análisis del proceso,· Identificación de los requerimientos,· Clasificación y preparación de los

requerimientos,· Identificación de los módulos que van a

conformar el software (alumno, ficha médica, consultas, evolución, test, registro anecdótico y encuestas),

· Liberación del software,· Implementación del software en una versión

beta funcional.

10) Observación de resultados Software de análisis, diseño e implementación de un sistema informático, apropiado para mejorar el tratamiento de la información, automatizando, facilitando una buena atención a los alumnos, y minimizando documentos impresos: Ha sido desarrollado a partir del modelo propuesto por los investigadores, teniendo las siguientes características:

MÓDULOS DEL SOFTWARE PARA LOS DEPARTAMENTOS MÉDICO Y DEPARTAMENTO DE ORIENTACIÓN Y BIENESTAR ESTUDIANTIL (DOBE):

El sistema consta de 7 módulos, que permiten a cada departamento dar una mejor atención al alumnado, generando de esta manera resultados más rápidos y versátiles, como se mostró en las diferentes etapas planteadas en el programa.

MÓDULO ALUMNO Este módulo servirá a la profesional encargado del departamento médico, ingresar la información de estudiantes a la Base de Datos. Esto dará lugar a disponibilidad de la información, cuando se lo requiera, por ello que es obligatorio el ingreso; incluso como requisito para uso de los demás módulos del proyecto (ver Fig. 7).

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Fig. 7. Interfaz de Agregar Alumno

MÓDULO DE FICHA MÉDICA

En dicho módulo se puede realizar control del paciente en cuanto a:

- Antecedentes Personales.- Antecedentes Familiares.- Información de su familia.- Vivienda.- Educación.- Trabajo.- Vidasocial.- Hábitos.- Sexualidad.- Estado psicoemocional.- Información sobre el estado físico del estudiante.

(ver Fig. 8).

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Fig. 8. Interfaz Ficha Médica

MÓDULO DE CONSULTAS

Mediante éste módulo el usuario encargado del departamento médico, podrá obtener información muy importante del alumno como(ver Fig.9):

- Estado físico actual del alumno.- Motivo de la consulta de acuerdo al alumno y al

acompañante.- Enfermedad actual.- Diagnóstico integral - Indicaciones respectivas al estudiante e interconsultas

Fig. 9. Interfaz de Consultas

MÓDULO DE EVOLUCIÓN

En el presente módulo se obtendrá información muy importante, como es el seguimiento de los alumnos de acuerdo a cierto tiempo.

- Datos de Evolución.- Diagnósticos.- Indicaciones.

(ver Fig.10).

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Fig. 10. Interfaz de Evolución

MÓDULO DE TEST

Cabe destacar que la información que se presentaen este módulo es de acuerdo al Ministerio de Educación.

Se presentan test que obtendrán información valiosa que la psicóloga interpretará, para poder dar un diagnóstico psicológico del alumno. Podemos encontrar test como los siguientes:

- Test de Gex (ver Fig. 11).- Test GNR (ver Fig. 12).- Test de Angeline (ver Fig. 13).- Teste de Wrenn (ver Fig. 14).- Test de Yerkes (ver Fig. 15).- Test de Maquarri (ver Fig. 16).- Test de Excavadas (ver Fig. 17).

En cada uno de los test se podrá ingresar información como:

- Diagnóstico.- Puntaje.- Rango.- Equivalencia.

Únicamente la psicóloga encargada podrá ingresar esta información, de acuerdo a tablas de comparación que maneja estrictamente el DOBE por medio del Ministerio de Educación.

Fig. 11. Interfaz Test Gex

Fig. 12. Interfaz Test GNR

13. Interfaz Test Angelline

Fig. 14. Interfaz Test Wrenn

az Test Wrenn

Fig. 15. Interfaz Test Yerkes

erfaz Test Yerkes

Fig. 16. Interfaz Test Maquarri

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Fig. 16. Interfaz Test Maquarri

Fig. 17. Interfaz Test Excavadas

MÓDULO DE REGISTRO ANECDÓTICO

En éste módulo se registrará la siguiente información (ver Fig.18 ):

- Hecho observado.- Comentarios.- Informe del DOBE.

Fig. 18. Interfaz Registro Anecdótico

MÓDULO DE ENCUESTAS

En cuanto a las encuestas, cabe destacar que se proyecta realizar un seguimiento de los alumnos que cursan el último año de colegio y los alumnos ya egresados para obtener una información real de los estudiantes.

Este módulo tendrá la particularidad de proporcionar información en línea, es decir, una vez que el alumno acabe de responder el cuestionario, inmediatamente ésta información se tabulará internamente de manera que se presenten los resultados de forma gráfica ante la psicóloga (ver Fig. 19, 20, 21, 22).

Fig. 19. Interfaz Cuestionario de Egresados

Fig. 20. Interfaz Graduados que Trabajan

Fig. 21. Interfaz Egresados que Estudian

Fig. 22. Interfaz Graduados que Ni Estudian, Ni Trabajan

C. Discusión

En el momento que se realizó la investigación de campo en la Institución, se evidenció que en los departamentos DOBE y Médico, existían falencias en el tratamiento de la información y no se contaba con un Software que pueda ayudar a mejorar la

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problemática que en ese entonces existía.

Es por eso que hubo la necesidad de desarrollar un Software apropiado para mejorar el tratamiento de la información, evitar la pérdida, mejorar la velocidad de búsqueda y muchos otros problemas con el tratamiento de la información.

Por lo que la hipótesis “Un Mejor Tratamiento de la información se logra con un Software y un Sistema Adecuado”, ha sido demostrada.

III. CONCLUSIONES

Los sistemas se han ido enfocando más a la comodidad del estudiante, lo cual ha provocado dos aspectos: que se realicen sistemas cada vez más complejos y que se desarrollen muchas metodologías buscando la manera óptima de desarrollarlo.

Se pasa a utilizar un sistema ya actual que cuenta con la generación de resultados en línea, y poseer información digitalizada dejando atrás la antigua forma de trabajo que era por papel, llevándonos a un ambiente tecnológico actualmente necesario.

RECONOCIMIENTO

Para poder realizar esta investigación de la mejor manera posible, fue necesario el apoyo de algunas personas e Instituciones a los que se desea agradecer.

En primer lugar a la Universidad Católica de Cuenca Facultad de Ingeniería de Sistemas, por dar paso al desarrollo de este importante y necesario proyecto.

Al Colegio Universitario “Miguel Cordero Crespo”, que por mediodel Dr. Eduardo Coronel Díaz, que autorizó el desarrollo del proyecto y posteriormente a Ing. Santiago Gómez por continuar con el apoyo para la culminación e implementación del mismo.

A los alumnos y amigos Gabriela Moreno y Adrián Guillermo, colaboradores y gestores de este valioso proyecto, que servirá de beneficio a toda una Comunidad Educativa, y posteriormente a otras Organizaciones Educativas vinculadas con la Comunidad.

A la Dra. Rina Ortiz (Directora del Departamento Médico) y Lcda. Jennifer Ordóñez (Directora del DOBE) por brindarnos toda la información posible necesaria para llevar a cabo el proyecto.

IV. REFERENCIAS

[1] Jacobson, I., Booch, G., & Rumbaugh, J. (2000). El Proceso Unificado de Desarrollo de Software.Addisson - Weskey.

[2] Kruchten,P.(2000).“The Racional Unified Process: An introduction”.

[3] Noboa Rivera, G. (1995). Escuelas Psicológicas.

[4] Noboa Rivera, G. Orientación Vocacional.

[5] Noboa Rivera, G. (1990). Orientación y Bienestar Estudiantil Nivel Medio. Cuenca.

[6] Schmuller, J. (2001). Aprendiendo UML en 24 Horas. Prentice-Hall.

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Acceso remoto de información multimedia para dispositivos móviles

Isael SAÑAY, Jeisson CORREDOR


Cuenca, Ecuador

[email protected]

Abstract- The technology of Computing in the Cloud with the range of electronic devices connected together via the internet allows digital information online. Bearing in mind the above, the project focuses on developing computer software for cloud computing that allows the same: upload multimedia information management, sharing and downloading this information, can do it anywhere, without restrictions of time and space.

Resume - La tecnología de la Computación en la Nube con la gama de dispositivos electrónicos conectados entre si por medio del internet permite tener información digital en línea. Teniendo presente los antecedentes el proyecto se centra en desarrollar un software informático para la Cloud Computing el mismo que permite: subir información multimedia, administrarla, compartirla y descargarla; pudiendo realizarlo desde cualquier lugar y sin restricciones de tiempo y espacio.

Palabras claves: Computación en la nube, dispositivos electrónicos, software informático, información multimedia.

I. INTRODUCCIÓN

La tecnología avanza cada día, y a medida que avanza su acogida es mayor por los usuarios, y más aún el acceso a internet, y cada vez necesitamos obtener información de todo tipo del internet, poder compartirla e incluso manipularla, por lo cual a medida que la tecnología avanza la información obtiene mayor calidad, lo cual hace que la información sea más pesada y se necesite más espacio de almacenamiento, pero por costos es difícil obtener grandes cantidades de espacio de almacenamiento, entonces surge la necesidad de buscar alternativas de almacenamiento, y por esta razón el Cloud Computing es una de las mejores alternativas. Ahora para poder aprovechar este recurso, se necesita aplicaciones informáticas que permitan la utilización de la manera más óptima, lo que conlleva a focalizar en un ámbito, la información multimedia, esta es la información por excelencia manipulada por los usuarios siendo por lo tanto la más importante para ellos, entonces surge la necesidad de permitir a los usuarios subir su información, tener acceso a ella y poder administrarla, a través de aplicaciones que lleven el control adecuado, brindando a los usuarios almacenamiento ilimitado en algunos casos gratuito y en otros pagado pero a costos accesibles para todos.

Para la ejecución del proyecto se emplearon distintas metodologías, en la investigación y el desarrollo de la aplicación web que permite la conectividad en la nube; para el proceso de desarrollo del aplicativo se utilizó el Proceso Unificado Racional (Jacobson , Booch, & Rumbaugh, 2000) obteniendo resultados positivos entre los cuales se encuentran:

Aplicación web que permite subir y administrar la información musical.

Documentos de especificación de la aplicación web.

II. TEXTO

A) Materiales y Métodos

1) Materiales

Hardware

SERVIDORWEB.

SERVIDORDEARCHIVOS.

SERVIDORDEBASEDEDATOS.

SERVIDORDEBACKUP.

Software

MANEJO DE BASE DE DATOS MYSQL 5.1.61.

LENGUAJEDEPROGRAMACIÓNJAVA(Javier García de Jalón), JAVASCRIPT Y HTML, CSS, JQUERY YACTIONSCRIPT 2.0.

DREAMWEAVER PARA DISEÑO DE INTERFAZGRAFICA.

FLASH PARA ANIMACIÓN DEL SITIO WEB.

SISTEMAOPERATIVOLINUX(UBUNTU).

MARCODETRABAJOJDK7.0

2) Métodos: Debido a que el proceso de desarrollo de software, comprende un conjunto de actividades necesarias para transformar los requisitos del usuario en un producto software o mejorar uno existente, Define Quién debe hacer Qué, Cuándo y Cómo debe hacerlo. Teniendo presente que los requisitos

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cambian, y el software evoluciona, y al no existir un proceso de desarrollo universal, debido a que las características de cada proyecto exige que el proceso sea configurable; es necesario utilizar metodologías, notaciones, etc., acordes, por esta razón, en el desarrollo de la aplicación se utilizo el Proceso Unificado Racional (RUP), que toma como marco de trabajo el modelo iterativo incremental (Fig. 1.) (Kruchen, 2000); modelo encascada que se repite n veces, hasta lograr una versión 100% funcional del software. El Proceso Unificado Racional, se apoya en el Lenguaje de Modelado Unificado (UML) para documentar el proceso de desarrollo con diagramas UMLVerFig. 2. (Schmuller , 2003); otras herramientas, con las que se ha trabajado han sido, el sistema operativo Ubuntu 10.04, el Entorno de Desarrollo Integrado de NETBEAN 7.1.1, el motor de base de datos mysql 5.1.61 y flash CS3 para creación del reproductor musical y animaciones del sitio web.

Fig. 1. El proceso iterativo e incremental (Kruchen,2000).

Fig. 2. Diagramas del Lenguaje de Modelado Unificado (Schmuller , 2003).

El RUP, divide el proceso de desarrollo del software en fases (inicio, elaboración, construcción y transición: ver Fig. 3.) todo controlado con flujos de trabajo de ingeniería y Flujos de trabajo de soporte (Jacobson , Booch, & Rumbaugh, 2000).

Fig. 3. Fases del RUP.

En la fase de inicio.- Se estudiaron los objetivos y requerimientos que pueden tener los usuarios a la hora de administrar su información multimedia, los diferentes niveles de seguridad y la disponibilidad que tendrá cada usuario, la funcionalidad del sistema y la capacidad de la aplicación. Resulta evidente que las actividades se repiten en las demás fases de RUP.

Fig. 4. Arquitectura de 3 capas.

En la fase de elaboración.- Los artefactos obtenidos en el modelado de negocios y el análisis de requisitos, permitieron tener una visión clara del ámbito de la aplicación la que permitió establecer la arquitectura de la aplicación en una de tres capas observe la Fig. 4. A partir de la arquitectura, se estableció el diagrama de componentes comunes (Fig. 5.) que es fundamental para la implementación de la aplicación.

Fig. 5. Diagrama de componentes comunes.

El diagrama de componentes se ha diseñado para la arquitectura de 3 capas: la capa de presentación está compuesta por los módulos de inicio de sesión y de reproducción, en el módulo de inicio de sesión se realizan el debido registro o verificación del usuario para dar acceso a la aplicación web y luego el módulo de reproducción permite al usuario administrar y reproducir la información multimedia.

La capa de negocio está compuesta por los módulos de búsqueda y listas, módulo de creación de archivos y listas y el módulo de almacenamiento, el módulo de búsqueda y listas permite especificar los parámetros de búsqueda de archivos multimedia, al igual que de las listas de reproducción y los parámetros para subir archivos. El módulo de creación de archivos y listas, permite subir los archivos multimedia al servidor, crear las listas en el servidor y manipular los parámetros de búsqueda de listas y archivos multimedia, y el módulo de almacenamiento, permite conectar con la base de datos y registrar los cambios que realice el usuario a su perfil multimedia, y obtener datos de búsqueda de archivos y listas de reproducción.

La capa de base de datos específica las peticiones por parte de la capa de negocio para brindar una administración óptima del

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sistema para el usuario, exponiendo los métodos para: insertar, eliminar, actualizar y recuperar datos.

Para tener una organización óptima en la capa de la base de datos y conocer la estructura de la misma, se realiza un diagrama que permita detallar la estructura de la base de datos véase Fig. 6.

Fase de construcción. En la medida que se van logrando las iteraciones, se realiza un refinamiento de la arquitectura básica de manera incremental, es decir de a poco se profundiza en cada una de las fases del RUP (Jacobson , Booch, & Rumbaugh, 2000). En esta etapa estamos listos para realizar la programación y pruebas de los distintos módulos del sistema. Además se entrega una versión beta funcional junto con la documentación necesaria para su prueba.

Fase de transición y seguimiento, En esta etapa está previsto trabajar en las siguientes actividades:

Liberación de aplicación web para administración de información multimedia.

Capacitación de usuarios administradores y usuarios finales.

Simulación con datos de prueba con usuarios finales.

Preparación del software para la producción.

Refinamiento de la documentación.

B. Resultados

Acceso remoto de información multimedia:

Configuración del servidor de archivos.

Digitalización y almacenamiento en el servidor de archivos.

Configuración del servidor web.

ValidacióndeInformaciónDigital.

Capacitación a los Usuarios finales en la administración del perfil multimedia.

C. Discusión

Fig. 6. Modelo base de datos entidad relación.

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Para empezar el desarrollo analizamos principalmente el motor de base de datos que posiblemente se implementaría, y encontramos varias alternativas pero optamos por MYSQL, debido a que este ofrecía una muy buena compatibilidad con java. El desarrollo de la aplicación se lo empieza corriendo sobre el sistema operativo Windows 7 pero encontramos diversos problemas con el entorno de desarrollo netbeans 7.1.1, por lo cual se buscaron alternativas para solucionar entre ella el uso del sistema operativo Ubuntu 10.04 el cual permitió una mayor rapidez y compatibilidad a la hora de implementar netbeans 7.1.1, eliminando por completo errores que anteriormente se presentaron, a continuación se comienza con la fase de desarrollo de la aplicación, encontrando problemas al momento de subir archivos al servidor, ya que la información se encriptaba reemplazando caracteres especiales por otras letras que no tenían relación con el archivo real, debiendo usar librerías tales como cos.jar y métodos para recuperar caracteres especiales, una vez solucionado este problema, se determina la plataforma en la cual se levantarían los servidores necesarios para poner en funcionamiento la aplicación entre estos servidores están el servidor web, el servidor de base de datos y el servidor de archivos que son los principales para poner en práctica la aplicación y principalmente habíamos optado por Windows server 2008, pero ya que la aplicación se había realizado en un 80% con ambiente libre nos decidimos a usar Ubuntu server para los servidores y obteniendo resultados 100% positivos, seguido de esto surgió la necesidad de realizar pruebas del sistema ya en internet y no como se venía haciendo en una intranet, para realizar estas pruebas implementamos un servicio llamado no-ip el cual permite dar un nombre de dominio a nuestra ip pública y así poder acceder desde el internet con mayor facilidad, sin necesidad de especificar la ip pública del servidor web, que de por sí sería molestoso ya que para motivo de pruebas, el servidor web sale por internet a través de una ip pública pero no definida como estática sino más bien como dinámica, por esta razón se usó el servicio no-ip y un programa adicional llamado DUC, que permitía asociar constantemente a la nueva ip pública con el nombre de dominio el nombre de dominio que usamos y que da acceso a la aplicación web es http://evodigitalweb.no-ip.org, una vez implementado el servicio se tuvo que incurrir en un tema de configuración del modem, que permitía a la aplicación web salir a internet, el cual era el mapeo de puertos para especificar la ip del servidor web; al igual que el puerto que se usaría para acceder a la página web que por estándar es el puerto 80. En el diseño de la interfaz gráfica se enfocó en algo sencillo pero funcional y de fácil uso para el usuario.

Interfaz de Inicio de sesión y Registro del usuario Fig. 7.

Fig. 7. Inicio de sesión y registro de usuario.

Para el proceso de verificación y registro del usuario se implementa el siguiente código:

String Correo=request.getParameter(“TxtCorreo”).trim(); //obtengo el correo para la validación

String password=request.getParameter(“Txtpassword”).trim(); // obtengo la clave para la validación if(password.isEmpty()||Correo.isEmpty())

ClsValidarUsuario objConexion=newClsValidarUsuario(Correo, password); // enviólos datos necesarios a la clase para la validación String validacion= objConexion.ValidarUsuario(); //Ejecuto lavalidación

if((validacion!=””)&&(validacion!=”Correo o Contraseña Incorrectos”)&&(validacion!=”Error en Conexion”)&&(validacion!=”Error”))

response.sendRedirect(“evodigital.jsp”);// redirigo el formulario de administración principal si todos los datos son correctos

Para la reproducción de archivos multimedia, se implementó animación flash y código action script 2 obteniendo un reproductor multimedia, que permite la reproducción adecuada de los archivos mp3 el reproductor se puede observar en la Fig. 8.

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Fig. 8. Reproductor Mp3.

Para poder colocar este reproductor en la aplicación web, se implementó una librería llamada swfobjects (swfobject); que permite colocar objetos swf correctamente y con compatibilidad para los diversos navegadores

<script type=”text/javascript” src=”scripts/swfobject.js”></script>// llamar a la libreria swfobject<script type=”text/javascript”> swfobject.embedSWF(“reproductores/musica/Player.swf”, “ReproductorMusical”, “350”, “500”, “9.0.0”,””,variable,params);</script> // Especifico la ruta y el tamaño del reproductor mp3

<div id=”ReproductorMusical”> // En caso de no tener los plugins necesarios para mostrar el reproductor se muestra un enlace que permite obtener los plugins<h2>Descargue el Plugin!</h2><p><a href=”http://www.adobe.com/go/getflashplayer”><img src=”http://www.adobe.com/images/shared/download_buttons/get_flash_player.gif” alt=”Get Adobe Flash player” /></a></p></div>

También; se realizó un módulo, que permite realizar búsquedas de archivos multimedia, y obtener vista previa y posterior, a eso permitir agregarlo a las listas de reproducción de cada usuario como se muestra en la Fig. 9., esta sección es de gran ayuda debido a que permite realizar búsqueda de archivos que son públicos, poder agregarlos sin restricción alguna y reproducirlos después sólo con un click en el reproductor. Cabe recalcar que también se muestran los archivos más escuchados y los que fueron agregados recientemente por el usuario, y que el usuario puede verlos desde que ingresa a la aplicación web, y no siendo menos importante hay una sección que permite al usuario subir archivos para compartirlos así con los demás usuarios de una manera rápida y segura, dando la opción de subir varios archivos a la vez o uno solo según sea el caso.

Fig. 9. Búsqueda de archivos

III. CONCLUSIONES

Los sistemas que actualmente permiten la reproducción multimedia, permiten subir archivos pero con un cierto nivel de restricción.

Este sistema garantiza la integridad, seguridad y disponibilidad de la información multimedia.

Se debe asignar personal para que lleve un control adecuado del sistema y regule la información multimedia, en caso de que haya pérdida, robo de la información.

Los servidores deben realizar back ups constantes para salvaguardar la integridad y disponibilidad de los datos

Un sistema multimedia debe permitir un control total de la información.

1. Las aplicaciones para usuarios finales debe ser aplicaciones de fácil uso y que no requiera una mayor capacitación para un uso óptimo de la aplicación.

RECONOCIMIENTOS

A las autoridades de la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica; por el impulso y apoyado brindado para el desarrollo de este proyecto.

Este proyecto es el resultado del esfuerzo conjunto, del equipo de trabajo conformado, por los estudiantes del cuarto año de ingeniería de sistemas: Corredor Jeisson, Nivicela Diego, Nieto Mauricio, Tapia Juan.

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IV. REFERENCIAS

[1] (s.f.). Recuperado el 1 de enero de 2011, de http://www.servlets.com/cos/

[2] Jacobson , I., Booch, G., & Rumbaugh, J. (2000). El proceso unificado de desarrollo. New York: Pearso Addison-Wesley.

[3] Javier García de Jalón, J. I. (s.f.). Recuperado el 1 de noviembre de 2011, de https://docs.google.com/a/misena.edu.co/viewer?a=v&q=cache:jeNISLAaVakJ:mat21.etsii.upm.es/ayudainf/aprendainf/javaservlets/servlets.pdf+&hl=es&gl=ec&pid=bl&srcid=ADGEESiSzNSYT1CmzAuQfSKFrQnYclimaTjNTSMxo0KFPK8lyp6oOE-T5mW2oJtZQZUexBSxd66vplF4SC6Z9csBhYYZ

[4] Kruchen,P.(2000).TheRationalUnifedProcess:Anintroduction. New York: Addison Wesley.


[6] swfobject. (s.f.). swfbject. Recuperado el 28 de enero de 2012, de http://code.google.com/p/swfobject/

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Guía turística e informativa de CuencaIsael SAÑAY


Cuenca, Ecuador

[email protected]

Abstract-The system and Informative Travel Guide Cuenca - Ecuador, provides online location of the city allowing users to take an objective view of the entities and places of interest, the same who are registered on the website; for this is to be published in an orderly in a catalog of information. The draft proposal provides a follows: join, user registration, registration of entities and search entities.

Resumen— El sistema de Guía Turística e Informativa de Cuenca – Ecuador, proporciona ubicación en línea de la ciudad permitiendo a los usuarios tener una visión objetiva de las entidades y de los lugares de interés, los mismos que se encuentran registradas en el sitio web; para esto se ha de publicar de forma ordenada en un catálogo de información. El proyecto proporciona una propuesta que se indica a continuación: ingreso, registro de usuarios, registro de entidades y búsqueda de entidades.

Palabras claves: Guía, turística, catálogos, información.

I. INTRODUCCIÓN

Objetivo central del proyecto es proporcionar una visión clara de los lugares relevantes de la ciudad de Cuenca, y suministrar información para obtener la ruta corta de recorrido. Para lo cual fue necesario realizar una avanzada investigación, de las diferentes herramientas de desarrollo entre las que figuran, JavaScrip, Jquery, PHP, MySQL.

La investigación histórica y de campo permitió identificar los requerimientos funcionales y no funcionales de los usuarios, lo que llevo al análisis de situaciones específicas concerniente a lugares de interés, instituciones públicas y privadas, locales comerciales; además como meta se impuso reducir los costos de desarrollo, por lo que se opto trabajar con herramientas libres.

El proceso de desarrollo del producto, se baso en la metodología del RUP (Proceso Unificado Racional), el cual utiliza el modelo iterativo incremental en las distintas etapas del proceso de desarrollo. (Jacobson, Booch, & Rumbaugh, 2000).

II. TEXTO

A. Materiales y métodos1) Materiales:

Programas:

Rapid PHP 2010.

JavaScript, Jquery.

CSS 5.0.

MySql6.0.10.

Adobe Photoshop CS5.

XAMPPControlPanel.

Navegadores de Internet: Internet Explore, Firefox, en

diferentes versiones para probar la aplicación.

SistemasOperativosWindowsXP,7.

Computadoras.

Memoria RAM 4 GB.

Dominio.

Servidor.

Manuales de Programación.

2) Metodología: La investigación histórica y de campo realizada a personas y organizaciones de la ciudad de Cuenca permitió aclarar las necesidades de información relacionado con: encontrar entidades públicas y privadas, lugares turísticos, orientación de como seguir determinado sendero para llegar a un sitio específico.

Con la investigación descriptiva se indago el funcionamiento de Google Maps, ya que el sitio web funciona enlazándose con el mapa que posee Google. Google Maps es una herramienta que proporciona un servicio gratuito de Google (Servidor de aplicaciones de mapas en Web), ofrece imágenes de mapas desplazables, así como fotos satelitales del mundo entero, e incluso la ruta entre diferentes ubicaciones.

Para el uso de los mapas se dispone de un sistema de navegación (orientación con flechas), que permite deslizarse en la dirección correspondiente con solo ubicar el cursor del ratón en el mapa y arrastrarlo. El botón que está en el centro de las flechas del plano vuelve a su posición de partida. La barra de desplazamiento vertical situada a la izquierda, le permite hacer zoom en un punto del mapa, si se pulsa el botón derecho del ratón, se despliega un menúconlasopcionesdenavegación(FalconeriVirgen,2010).

El Proceso Unificado Racional RUP, fue la estrategia de desarrollo del aplicativo, y permitió determinar el ámbito de producción siendo de computación en la nube, por la facilidad

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de búsqueda, la interacción con el usuario, y el registro de información de las entidades. El RUP se divide en fases que se analizan a continuación.

Fase de Inicio. Aquí se definió la funcionalidad y capacidad del proyecto, se preparó los diagramas de caso de uso (Fig. 1.) y de componentes (Fig. 9.), que permitieron tener una concepción objetiva de la aplicación WEB.

Fig. 1. Casos de uso de sitio Web.

3) Descripción de casos de uso:

Caso de uso registrar usuario.

Descripción. Registrar la información del Usuario, con la información pertinente los usuarios del sistema dependiendo de los privilegios hará uso de dicha información.

Condiciones previas. Toda la información pertinente en lo que hace referencia a registro de equipo debe existir y tiene que ser valida.

Condiciones resultantes. Cuando el usuario éste registrado, podrá registrar una entidad caso contrario podrá realizar sólo consultas.

Pasos.

1. Ingresar a la página Web (callejerocuencano.com).

2. Entrar en la barra donde se desprende el login.

3. Escoger la opción registrar.

4. Llenar los datos que estarán validados, para un registro correcto.

5. El usuario puede hacer uso de la información para: crear, modificar o eliminar.

Actores beneficiados. Usuarios. Prototipo de interfaz de usuario Fig. 2.

Fig. 2. Interfaz “Registro de usuario”.

Caso de Uso: Registro de Entidades.

Descripción. Registrar información sobre la entidad que pueden ser: locales comerciales, institutos, colegios etc.

Condiciones previas. La información tiene que ser correcta; además para un mejor manejo se ordena en catálogos y su dirección es registrada en un mapa.

Condiciones resultantes. La información es utilizada en las consultas de los visitantes y de los mismos usuarios.

Pasos.

1. Al momento que el usuario entre en su sesión esté tendrá varias opciones, entre ellas la de registrar una entidad sí selecciona esta opción.

2. Se desplegará una ventana donde se llenan los datos de la entidad a registrar, además tendrá que escoger la categoría que pertenece.

3. Cuando llene los datos debe seleccionar la dirección de la entidad en el mapa y subir la imagen.

4. También dispone de una ventana donde muestre todas las entidades registradas.

5. Usuarios con privilegios a está información hace uso para: crear modificar o eliminar.

Actores beneficiados. Usuarios registrados, Visitantes.Prototipo de interfaz de registro de Entidades Fig. 3.

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Fig. 3. Interfaz de usuario “Registro de Entidades”.

Caso de Uso: Generar Consultas.

Descripción. Las personas que visiten o los usuarios registrados tendrán derecho a realizar consultas de direcciones.

Condiciones previas. Al realizar las consultas se disponen de varias opciones, para que los usuarios tengan mayor facilidad de búsquedas, se dispone además de un mapa donde se muestra la ruta y la descripción de como llegar a un sitio determinado.

Condiciones resultantes. Los visitantes tendrán una ruta y una descripción de llegada.

Pasos.

1. Seleccionar consulta.

2. Seleccionada la consulta, elegir la categoría si se desea buscar con esa opción o por una dirección escrita por el usuario.

3. Si se elige la categoría se tendrá que elegir una entidad.

4. Cuando se opte por la entidad se tiene que elegir la dirección en donde se esta ubicado.

5. Entonces la aplicación genera la ruta y una descripción de como llegar al sitio.

Actores beneficiados. Usuarios, Los visitantes. Interfaz de usuario Fig. 4.

Fig. 4. Interfaz “Generar consulta”.

Caso de Uso: Generar Rutas.

Descripción. Los usuarios cuando escriban las direcciones origen y destino se generan la ruta.

Condiciones previas. Tiene que colocar la dirección de origen y llegada; además tiene varias opciones ingresando las direcciones o escogiendo las entidades que están registradas.

Condiciones resultantes. Estas rutas permiten a los usuarios encontrar las direcciones buscadas.

Pasos.

1. Después de proporcionar la dirección buscada y donde se encuentra.

2. Se tiene que generar la ruta.

3. Entonces se visualiza en el mapa, para que el usuario tenga una mejor visión de la ruta y la descripción de como llegar a este lugar.

Actores beneficiados: Usuarios en general. Interfaz de usuario fig. 5.

Fig. 5. Interfaz “Generar Ruta”.

Caso de Uso: Generar reportes de usuarios para el administrador.

Descripción. El administrador del sistema es el usuario encargado de la: gestión de usuarios, respaldos y auditorias del sistema.

Condiciones previas. El usuario tendrá los privilegios para la administración y mantenimiento de la página web.

Condiciones resultantes. Con la generación de reportes, se dispone de la opción de controlar los datos que ingresen los usuarios a la página web.

Pasos.

1. Registrarse como administrador del sistema.

2. Seleccionar las opciones de reportes.

3. Se tiene reportes de visitas, entidades, usuarios.

4. Elegir reportes de usuarios.

- 156 -

5. Crear, modificar y eliminar usuarios o entidades.

6. Generar rutas.

Actores beneficiados. Administrador del Sistema. Interfaz de usuario Fig. 6.

Caso de Uso: Ingresar Usuario.

Descripción. Cuando un usuario está registrado debe ingresar al perfil de usuario.

Condiciones previas. Debe estar registrado para poder ingresar al perfil. Después de ingresar podrá registrar, modificar y eliminar entidades.

Condiciones resultantes. Tener toda la información del usuario, para; poder modificar o eliminar del mismo modo podrá hacer con las entidades.

Pasos.

1. Registrarse en la página web.

2. Se expande una ventana donde se ingresa nombre y contraseña.

3. Se despliega el perfil del usuario.

Actores beneficiados. Usuarios registrados. Interfaz de usuario Fig. 7.

Fig. 6. Interfaz “Reportes de usuarios”.

Fig. 7. Interfaz “Ingresar usuario”.

Caso de Uso: Ingreso Página (visitante).

Descripción. Los usuarios que necesiten los servicios de la página, podrá acceder para poder interactuar con el sitio Web (callejerocuencano.com).

Condiciones previas. Cuando se ingresa al Sitio Web, se tiene la posibilidad de consultar cualquier dirección o entidad registrada en la base de datos. Si un visitante desea registrarse también lo podrá realizar.

Condiciones resultantes. Podrá realizar consulta y generar rutas.

Pasos.

1. Ingresar a la dirección callejerocuancano.com.

2. Visualizar el mapa de la ciudad de Cuenca y lainterfaz de las consultas.

Actores beneficiados: Usuarios de la página web (callejerocuencano.com). Interfaz Fig. 8.

Fig. 8. Interfaz “ingreso página visitante”

- 157 -

Fig. 9. Diagrama de componentes.

Fase de elaboración. En esta etapa se determinó la arquitectura Básica de la aplicación, estableciéndose en una de tres capas (Fig. 10.), se analizó y diseño el modelo de clases, el modelo de datos (Fig. 11., Fig. 12.), y el diagrama de componentes (Fig. 9.) para generar estos artefactos se utilizó la notación UML (Schmuller , 2003).

Fig. 10. Arquitectura de aplicación en tres capas.

Fig. 10. Modelo de clases de la aplicación Web.

Fig. 11. Modelo de datos de la aplicación WEB.

Fase de construcción. En base a las actividades del proceso de ingeniera de software (artefactos generados) (Kruchen,2000):modelado del negocio, análisis de requisitos, análisis y diseño. Se procedió a la codificación, pruebas y depuración de errores de la Aplicación WEB, obteniéndose como resulta el código que se muestra a continuación.

Script para Generar Ruta crítica.

function Generar_Ruta()

var sulicitud =

origin:ruta_ubicacion,

destination: ruta_destino,

travelMode: google.maps.DirectionsTravelMode[$(‘#modo_viaje’).val()],

provideRouteAlternatives: false

;

directionsService.route(sulicitud, function(response, status)

if(status==google.maps.DirectionsStatus.OK)

directionsDisplay.setMap(map);

directionsDisplay.setOptions( suppressMarkers: true ); directionsDisplay.setPanel($(“#panel_ruta”).get(0));

directionsDisplay.setDirections(response);

//var leg = response.routes[ 0 ].legs[ 0 ];

//crear_marcador_ubicacion(leg);

//crear_marcador_destino(leg.end_location);

else

alert(“No existen rutas entre ambos puntos”);

- 158 -

);

Script función para consultas.

function CrearMarcadores()

//alert(“se presiona el boton catalogo”);

//marcador.setMap(null);

downloadUrl(“ArchivoXML.php”,consulta,boton, function(documento)

varxml=documento.responseXML;

var markers = xml.documentElement.getElementsByTagName(“Marcador”);

for (var i = 0; i < markers.length; i++)

var entidad = markers[i].getAttribute(“entidad”);

var direccion = markers[i].getAttribute(“direccion”);

var telefono = markers[i].getAttribute(“telefono”);

var nro_casa = markers[i].getAttribute(“nro_casa”);

var descripcion = markers[i].getAttribute(“descripcion”);

var imagen = markers[i].getAttribute(“imagen”);

var propietario = markers[i].getAttribute(“propietario”);

var catalogo = markers[i].getAttribute(“catalogo”);

var longitud = parseFloat(markers[i].getAttribute(“longitud”));

var latitud = parseFloat(markers[i].getAttribute(“latitud”));

var marcador = new google.maps.Marker(

position: new google.maps.LatLng(latitud, longitud),

map: map,

draggable: false,

title: entidad,

animation: google.maps.Animation.DROP

);

mostrarmensaje(marcador, entidad, direccion, telefono, nro_casa, descripcion, longitud, latitud, imagen, propietario,catalogo);

gmarkers.push(marcador); //guardar la información que necesitamos para utilizar más adelante para la barra_lateral

// añadir una línea en el código HTML de la barra_lateral

if(i% 2 == 0 )//condicion para cambia el color de fondo de la letras

barra_lateral_html += ‘<a id=”enti_map” style=”background:#FFFFFF; “ href=”javascript:myclick(‘ + (gmarkers.length -1) + ‘)”>’ + entidad + ‘<\/a><br>’;

else

barra_lateral_html += ‘<a id=”enti_map” style=”background:#F0F0F0; “ href=”javascript:myclick(‘ + (gmarkers.length -1) + ‘)”>’ + entidad + ‘<\/a><br>’;

//pone el contenido de barra_lateral_html reunidos en el div side_bar

document.getElementById(“barra_lateral”).innerHTML = barra_lateral_html;

//fin del bucle for

);

Script Registro entidad

$(“#btnRegistrar”).click(function ()

var combobox_enti = $(‘#combobox’).val();

if (validacion_nombre_ent() & validacionDireccion() & validacioncasa() & validacion_catalogo())

if($(“#reg_lat”).text() != “”)

$.ajaxFileUpload

(

url:’verifica_entidad.php’,

secureuri:false,

fileElementId:’fileToUpload’,

dataType: ‘json’,

d a t a : b a n : ’ r e g ’ , n o m b r e _entidad: nombre_ent.val(),catalogo:combobox_enti,dir:dir_ent.val(),casa:casa_ent.val(),des:des_enti.val(),tel:tel_enti.val(),map_lat:$(“#reg_lat”).text(),map_lng:$(“#reg_lng”).text(),

success: function (data, status)

- 159 -

if(data.error==”no_reg”)

alert(data.msg);

else

if(data.error==”registrado”)

alert(data.msg);

$(‘#cuerpo’).fadeOut(1);

$.ajax(

url: ‘Registro_Entidad.php’,

success: function(data)

$(‘#cuerpo’).html(data);

inicializar_mapa_reg();

);

$(‘#cuerpo’).fadeIn(1000);

)

else

alert(“Seleccione la ubicacion en el mapa”);

);

Php

$query = sprintf(“UPDATE entidad set nombre=’”.$nom_ent.”’,direccion=’”.$dir.”’,telefono=’”.$telf.”’,nro_casa=’”.$casa.”’,descripcion=’”.$des.”’,longitud=’”.$lng.”’,latitud=’”.$lat.”’,codigo_c=’”.$codigo_catalogo.”’,imagen=’”.$destino_imagen.”’ where codigo_e=’”.$codigo_e.”’”,

mysql_real_escape_string($nom_ent), mysql_real_escape_string($dir),

mysql_real_escape_string($telf), mysql_real_escape_string($casa),

mysql_real_escape_string($des), mysql_real_escape_string($lng),

mysql_real_escape_string($lat), mysql_real_escape_string($codigo_catalogo),

mysql_real_escape_string($destino_imagen));

$resultado = mysql_query($query);

if (!$resultado)

echo ““;

echo “error: ‘no_reg’ ,\n”;

echo “msg: ‘Error No se actualizo’”;

echo “”;

Script Login

function validacion_login()

if (log.val() != “”) //

if (pwd.val() != “”) //

$.ajax(

type: “POST”,

url: ‘verifica_usuario.php’,

data: ‘nick_usuario=’+ log.val()+ ‘& pwd=’+ pwd.val()+ ‘& ban=log’,

cache: false,

success: function (response)

if (response == “no existe”)

logInfo.fadeIn();

logInfo.text(“Usuario no existe”);

pwd.val(“”);

else

if(response == “no coincide”)

logInfo.fadeIn();

logInfo.text(“Usuario y Password no coicide”);

pwd.val(“”);

else

if(response == “inicio secion”)

alert(“Bienvenido”);

- 160 -

location.reload();

);

else

logInfo.fadeIn();

logInfo.text(“Ingrese password”);

//logInfo.addClass(“error”);

else

logInfo.fadeIn();

logInfo.text(“Ingrese Usuario”);

//logInfo.addClass(“error”);

Script para registro de usuarios.

form.submit(function ()

if (validacionNick() & validacionNombre() & validacionApellido() & validacionEmail() & validacionPass1() & validatePass2())

return true

else

return false;

);

<?php

session_start();

include(“config.php”); /*Traemos el archivo config*/

/*Recibimos las variables por el metodo POST*/

$login = htmlspecialchars(trim($_POST[‘nick’]));

$pass1 = trim($_POST[‘pass1’]);

$nombre= htmlspecialchars(trim($_POST[‘nombre’]));

$ape= htmlspecialchars(trim($_POST[‘apellido’]));

$corr = htmlspecialchars(trim($_POST[‘email’]));

$dir = htmlspecialchars(trim($_POST[‘direccion’]));

$tel = htmlspecialchars(trim($_POST[‘telefono’]));

//Encriptamos “Ciframos” el password

$pass1=sha1(md5($pass1));

$query = sprintf(“INSERT INTO usuarios (nombres, apellidos, direccion,telefono,correo,nick,password)VALUES(‘”.$nombre.”’,’”.$ape.”’,’”.$dir.”’,’”.$tel.”’,’”.$corr.”’,’”.$login.”’,’”.$pass1.”’)”,

mysql_real_escape_string($nombre), mysql_real_escape_string($ape),

mysql_real_escape_string($dir), mysql_real_escape_string($tel),

mysql_real_escape_string($corr), mysql_real_escape_string($login),

mysql_real_escape_string($pass1));

$resultado = mysql_query($query);

if (!$resultado)

echo ‘Error Al realizar insercion: ‘ . mysql_error();

exit;

if(mysql_affected_rows())//Si se afecto la tabla

$query = sprintf(“SELECT codigo_u, nick,nombres,apellidos,correo,direccion,telefono

FROM usuarios WHERE nick=’”.$login.”’ && password = ‘”.$pass1.”’”, // Ahora

mysql_real_escape_string($login),mysql_real_escape_string($pass1));

$resultado=mysql_query($query);

if (!$resultado)

echo ‘Error Al realizar consulta: ‘ . mysql_error();

exit;

if(mysql_num_rows($resultado) > 0)

// nos devuelve 1 si encontro el usuario y el password

$array=mysql_fetch_array($resultado);

$_SESSION[“codigo_u”]=$array[“codigo_u”];

$_SESSION[“nombres”]=$array[“nombres”];

$_SESSION[“apellidos”]=$array[“apellidos”];

$_SESSION[“nick”]=$array[“nick”];

$_SESSION[“correo”]=$array[“correo”];

- 161 -

$_SESSION[“direccion”]=$array[“direccion”];

$_SESSION[“telefono”]=$array[“telefono”];

header(“location:index.php”);

exit;

else

echo “Error introduciendo el usuario”;

/* Cierre del else */

?>;

Fase de transición y seguimiento. En esta etapa se obtuvo los siguientes resultados.

Publicación de la página web.

Información de la creación del sitio web.

ngreso de los lugares más sobre salientes de la ciudad y almacenamiento en una base de datos.

Generación de reportes para un seguimiento del sitio web.

Refinamiento de la documentación.

III. CONCLUSIONES

Actualmente, no existen sitios webs que permitan registra entidades, en un mapa sobre la ciudad de Cuenca, en algunas páginas proporcionan ayudas para búsqueda, pero no hay la suficiente información de lugares específicos de la ciudad, este es un problema para las personas que visitan o viven en la ciudad ya que no es fácil movilizarse dentro de la misma.

En relación al problema citado, se implemento una aplicación web de forma que las personas, los visitantes, y las organizaciones en general dispongan de una guía de la ciudad de Cuenca para su mejor movilización.

La aplicación web, ha de tener una acogida considerable por el hecho de que la mayoría de los usuarios disponen de dispositivos móviles, tablet y laptops; además se ha considerando que en lugares específicos de la ciudad como son: parques, terminales, aeropuertos; se dispone de cobertura a redes inalámbricos con

internet gratuito.

RECONOCIMIENTOS

Al esfuerzo y apoyo de las autoridades de nuestra casa de estudios, en especial al Sr. Decano Ing. Diego Cordero.

A los señores estudiantes del quinto año “A”: Fabian Santander, Santiago Ramon y Marco Pintado; ejecutores del proyecto de investigación.

A las demás institución que de uno u otra forma colaboraron en la realización de esta investigación.

IV. REFERENCIAS

[1] Alfa Digital. (s.f.). Obtenido de www.alfadigital.com.ec

[2] Desarrollo web. (s.f.). Obtenido de www.desarrolloweb.com

[3] Desarrollo Web. (s.f.). Obtenido de www.desarrolloweb.com

[4] FalconeriVirgen,S.(15deEnerode2010).Plusesmas.com. Recuperado el 25 de Febrero de 2012, de Encuentra el camino con Google Map: http://www.plusesmas.com/nuevas_tecnologias/articulos/internet_email/encuentra_el_camino_con_google_maps/61.html

[5] Google. (s.f.). Google. Obtenido de maps.google.com.ec/maps?hl=es&tab=wl


[7] Kruchen, P. (2000). The Rational Unifed Process: An introduction. New York: Addison Wesley.

[8] La web del programador. (s.f.). Obtenido de www.lawebdelprogramador.com

[9] Programador PHP. (s.f.). Obtenido de www.programadorphp.org


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Implementación de un portal web interno para la Universidad Católica de Cuenca

Diego CORDERO


[email protected]

Abstract- The continued growth in professional and academic training of the person, requires the exploitation of technology resources for their own benefit, within an institution must have excellent communication for continued growth, for which an internal Web portal would be a solution technology for constant communication between all staff exists within the Catholic University of Cuenca, can share thoughts, ideas, screenings, educational materials.

Resumen— El crecimiento continuo en la formación profesional y académica de la persona, necesita de la explotación de recursos tecnológicos para su propio beneficio, dentro de una institución es necesario tener una excelente comunicación para el crecimiento continuo, para el cual, un Portal Web interno sería una solución tecnológica para la comunicación constante entre todo el personal que existe dentro de la Universidad Católica de Cuenca, que apoye el compartir pensamientos, ideas, proyecciones, material educativo.

Palabras clave: Portal Web interno, Intranet, información interna, liferay Portal, UWE.

I. INTRODUCCIÓN

El presente proyecto de investigación, tiene por propósito el implementar un portal web interno dentro de la Universidad Católica de Cuenca, utilizando herramientas de software libre, de manera concreta explotando Liferay Portal. Durante el proceso de explotación de la tecnología propuesta, se busca determinar ventajas competitivas y limitaciones

La realización del proyecto requiere inicialmente de una referencia teórica sobre cómo implementar un portal, los componentes necesarios, conceptos como software colaborativo, portlets, características de Liferay y su utilización.

Todo esto para cubrir dos propósitos: mostrar lo que se puede esperar de un portal interno y demostrar si Liferay puede cumplir con esas expectativas.

La base referencial del proyecto se ha basado también en un estudio rápido de la metodología UML, basado en Ingeniería Web denominada UWE [1] y sus fases, lo que permitirá realizar la implementación de manera ordenada, con la disposición de entregables a lo largo del proceso.

La investigación orientará la recolección de requisitos que determinen los portlets que se podrán utilizar, la intención es disponer de un portlet propio para la Universidad. El desarrollo del portlet demanda en su totalidad la utilización de los diagramas propuestos por la metodología UWE, en adición a varios otros entregables.

La implementación del portal como tal, propondrá la estructura base, la cual serviría para: manejar contenidos, generar clasificación de usuarios, propender a la definición de permisos, apoyar la utilización de cada portlet en cada página acorde a como determine la Universidad.

La Universidad como institución, con la implementación, dispondrá de un portal interno para: gestión de sus procesos de

comunicación interna, colaboración, socialización, transmisión de datos, etc.

II. TEXTO

El detalle de la investigación se compone de varias fases:

A. Identificación del problema.

En la actualidad al interior de la Universidad Católica de Cuenca, se ha detectado que no existe un canal efectivo de comunicación interna, que permita tener información en línea, disponible a todas las instancias, que sea verás, oportuna, consistente.

La búsqueda de mejora continua de procesos y efectiva comunicación interna dentro de la Universidad, es un requerimiento urgente. Para ello es necesario implementar un portal web interno, mediante el cual se puedan resolver problemas de comunicación y que esté dedicado a promocionar actividades, entre Unidades Académicas, a compartir recursos educativos entre docentes, a publicitar eventos internos, reglamentos, comunicaciones, noticias, etc.

La ausencia de un mejor sistema de comunicación y gestión de contenidos no apoya la mejora continua en el trabajo realizado por la Universidad, refiriéndose por contenidos a:

• Gestión de recursos internos.• Manejo de proyectos.• Comunicación interna. • Capacitación. • Foros Educativos. • Gestor de Noticias y publicidad Universitaria. • Blogs.

B. Alcance de la Investigación.

El presente proyecto de investigación propone como hipótesis

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principal, un mecanismo de comunicación interna, apoyado en la implementación de un portal Web, el mismo que funcionará como contenedor de portlets, los cuales serán desarrollados, extendidos o customizados para cada una de las siguientes necesidades:

• Gestión de clientes internos.• Gestión de proyectos.• Administración de Documentos.• Comunicación Interna.• Noticias.• Procedimientos Internos.• Capacitación.• Planificación de recursos empresariales.• Información de nómina, vacaciones, días de pago, etc.

C. Justificación.

Para la Universidad Católica de Cuenca la creación de un portal web interno, equivale a la obtención de un nuevo canal de comunicación, para informar lo que pasa puertas adentro, permitiendo la colaboración, participación, intercambio, interactividad, incremento de la cultura organizacional, etc.

Hoy en día la mayoría de aplicaciones informáticas, mantienen orientación web, con generación de contenidos dinámicos, en consecuencia técnicamente es factible lo propuesto.

D. Marco Teórico.

“Un portal es una aplicación basada en la web que –comúnmente- provee personalización, autenticación, agregación de contenidos de diferentes fuentes y alberga la capa de presentación de sistemas informáticos. ” [2]

Puede ser de diferentes tipos:

Personales, cuando un usuario puede ajustar el portal para satisfacer sus necesidades, gustos y ofrecer comodidad; alberga contenidos de uso personal de varias fuentes distintas como chats, buscadores, noticias y mensajería.

Académico, aquel que satisface las necesidades de instituciones con el fin de enseñar. El contenido manejado en estos casos es material de orden didáctico, en donde la personalización varía de acuerdo al perfil del usuario (estudiante).

Regionales, proveen información de una región específica como el clima, mapas de la región, localizaciones, entretenimiento, turismo, estilo de vida.

Gubernamentales, contienen información del sector público, que es socializada a todos, como ejemplo de transparencia.

Corporativos, también conocidos como portales internos, éstos proveen una vista consolidada de la institución a cada uno de sus empleados, permitiéndoles personalizar su espacio. Impulsan a compartir conocimiento con el fin de incrementar la productividad. Una porción de estos portales internos se exponen al exterior, para conocimiento del cliente, a esto se lo llama portal externo.

De dominio específico, llamados así cuando se enfocan a

un ámbito de negocio o servicio específico. Como por ejemplo al hablar de un portal que agrupa compañías de bienes raíces, o un sitio por ventas de internet de cierto tipo de productos en especial. En otras palabras los sectores están bien definidos o enmarcados.

Deportivos, cuando un sitio se enfoca en comunicar información de un deporte o equipo a sus seguidores, estos se caracterizan por manejar estadística a manera de histórico y proveer un diario a sus usuarios.

Los componentes de un portal interno.

Un portal funciona con varias tecnologías trabajando en conjunto, ya que de otra forma no cumpliría con los objetivos que persigue, por tener limitaciones. El usar varias tecnologías permite brindar alta modularidad, disponibilidad y veracidad de la información mostrada. Para cumplir con este objetivo un portal debe manejar los componentes mencionados a continuación:

Canales.

Es el módulo que contiene o enlaza con un servicio, al usuario se le debe proveer una lista de canales, de los cuales ellos escogen los servicios que quieren, algunos de estos serán determinados como obligatorios.

Directorio de Servicios.

Es imperativo que la organización sepa quién es el usuario que hace sesión, pero en materia de cuál es el rol que desempeña dentro de la organización y cuáles son sus preferencias. La existencia de esa información en el directorio, es clave para facilitar el inicio de sesión y la autenticación del usuario

Rol.

Se refiere al papel que desempeña el usuario dentro de la Universidad Católica de Cuenca. Un portal es orientado a un dominio, lo que significa que sus miembros serán un grupo indefinido de clientes. Cada servicio que una organización ofrezca en el portal será más atractivo para un grupo que para otro

Personalización.

Todo portal debe comprender que el usuario tiene necesidades ajenas al contenido de este, por lo cual deben ofrecer funcionalidad para acceder a recursos externos, o apoyar la personalización.

E. Sistema de Gestión de Contenidos.

Es una colección de procedimientos que permiten manejar un flujo de trabajo, estos procedimientos pueden ser manuales o computarizados.

Para la Universidad Católica de Cuenca, lo que debería comprender el gestor de contenidos, se resume en:

• Permitir a mayor número de personas compartir información almacenada.

• Mantener control de acceso a los datos, basado en roles de usuarios.

• Disponer fácil almacenamiento y recuperación de

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datos.• Reducir entradas repetitivas.• Incrementar la facilidad en la realización de reportes

escritos.• Mejorar la comunicación entre usuarios.

Un sistema de gestión de contenidos siempre funciona desde un servidor de aplicaciones web, donde está alojado el portal. De esta manera provee accesos a este por medio del navegador web o por medio de FTP (File Transfer Protocol), para realizar las operaciones de gestión de contenido. [3]

El servidor selecciona el esquema gráfico en base a la información que obtiene de la base de datos la cual involucra roles de usuario, con lo que determina el contenido a editarse y a ser visto.

F. Tipos de Sistema de Gestión de Contenidos.

Existen 6 categorías de CMSs (Sistemas de Gestión de Contenidos), que corresponden al dominio en que se ejecutan [4]:

• Enterprise CMS: se refiere a las estrategias y herramientas empleadas en la tecnología de la información con el fin de capturar, manejar, almacenar, preservar, entregar contenido y relacionados con una organización y sus procesos.

• Web CMS: son CMS implementados en una interfaz Web, cuyo principal objetivo es manejar estrictamente contenido HTML, manejan una gran colección de material multimedia Web, facilitan la creación de contenido, control, edición y mantenimiento de una Web.

• Sistema de Gestión de Documentos (DMS): es un sistema computacional utilizado para rastrear y almacenar documentos electrónicos o imágenes de documentos físicos. Estos documentos no poseen por si mismos una clara organización de sus contenidos. Es necesario que trabajen en conjunto con una base de datos para permitir almacenaje, seguridad y capacidad de indexación.

• Mobile CMS: son CMSs orientados a la Web cuya interfaz es más simple diseñados con el objetivo de crear contenido dinámico simple desde dispositivos móviles.

• Component CMS: se refiere a la gestión de contenido a un nivel granular (por componente) más que a un nivel documental. Cada componente representa un solo tema, concepto o asunto. Un componente puede ser tan largo como un capítulo o tan pequeño como una palabra. Son utilizados principalmente cuando se habla de contenido multi-area o multi-usuario.

• Media CMS: son CMS orientados a manejar el flujo de contenido multimedia, tal como videos, imágenes y música.

Funcionamiento.

Un sistema de gestión de contenido siempre funciona

desde un servidor de aplicaciones web, donde está alojado el portal. De esta manera provee accesos a éste por medio del navegador web o por medio de FTP para realizar las operaciones de gestión de contenido.

Al producirse una llamada al sitio, el servidor selecciona el esquema gráfico en base a la información que obtiene de la base de datos la cual involucra roles de usuario, con lo que determina el contenido a editarse y a ser visto.

G. Software Colaborativo.

También nombrado groupware, sistemas de soporte de trabajo en grupo o solamente sistemas de soporte de grupo, es software diseñado para ayudar a las personas con un objetivo común , a alcanzar sus metas. Dentro de esta categoría se encuentran sistemas como: correo electrónico, calendarios, chat, wiki.

Cuando el software colaborativo se utiliza dentro de un espacio de trabajo crea un Ambiente Colaborativo de Trabajo (denominado CWE, por sus siglas del inglés Collaborative Working Enviroment). Un CWE soporta a su gente tanto de manera individual como grupal, dando la oportunidad de trabajar en conjunto sin importar la ubicación geográfica de cada persona.

El valor real del software colaborativo no solo radica en el manejo de la información, sino en que este se convierte en una herramienta de análisis para entender las variables organizacionales y de comportamiento asociadas con el estudio de cualquier tipo de trabajo en equipo.

El objetivo de diseño del software colaborativo es el de transformar la forma en que documentos y multimedia son compartidos para hacer más efectivo el trabajo en equipo. Para cumplir con esta meta es necesario el entendimiento de las interacciones humanas, asegurando de esta forma que la tecnología llega a cubrir las necesidades. [5]

Existen 3 métodos principales en que las personas interactúan:

• Interacción Conversacional. Es el intercambio de información entre uno o más participantes donde el propósito principal de la interacción, es fortalecer relaciones o descubrir información.

• Interacción Transaccional. Involucra el intercambio entre entidades de transacción, donde la función principalmente altera la relación entre los participantes. La entidad transaccional toma un papel mayoritario y se mantiene estable en la relación, por ejemplo una persona que da dinero a otro, convirtiéndose así permanentemente en cliente del otro.

• Interacción Colaborativa. La principal función de los participantes altera a una entidad colaboradora. Esta entidad se mantiene en una forma inestable, ejemplos de esta relación son la creación de un diseño, el planteamiento de una idea, el alcanzar una meta.

Por tanto las verdaderas tecnologías de colaboración entregan funcionalidad a varios participantes para aumentar la posibilidad de que elaboren un entregable común, administración de documentos o registros, hilos de discusiones, histórico y otros mecanismos diseñados para capturar el pensamiento

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de muchos en un ambiente manejado de contenido, son características propias de estas tecnologías.

Para asegurarse que exista colaboración debe todo el grupo estar orientado siempre hacia una meta común, el software colaborativo se encarga de acortar las distancias geográficas, proveyendo herramientas para la mejora de la comunicación. Adicionalmente cuando se habla de un ambiente de trabajo, el software colaborativo debe asegurarse de presentar herramientas que cubran asignación de tareas, gestión de tiempo y control de fechas límite por medio de calendarios compartidos.

Los artificios utilizados, la evidencia tangible del proceso de solución de un problema, incluyendo el resultado final del esfuerzo cooperativo, requiere documentación archivado y promoción para su potencial reutilización.

Dentro de estos documentos se incluyen documentos generados propiamente por el proceso como planos del proyecto o agendas indicando fechas límite y entregables. Los equipos de hoy en día son compuestos por miembros de alrededor de todo el mundo, para llevar a cabo su cometido. Esto suma retos tanto culturales como lingüísticos a la comunicación en grupo, por tanto el software debe brindar posibilidades de actuar como una plataforma multi-idioma.

El proceso de colaboración cubre toma de decisiones del grupo y las interacciones durante ese proceso. No todos los miembros desempeñan las mismas funciones, por lo que un software colaborativo debe brindar soporte para miembros definición de sus roles y sus responsabilidades.

Por último, una verdadera colaboración se alcanza si el software colaborativo brinda la posibilidad de dar soporte a sistemas propios del grupo, tales como presupuestos o acceso a recursos físicos del grupo, que son necesarios para el cumplimiento de la meta propuesta.

Clasificación del software colaborativo

El groupware puede ser dividido en 3 amplias categorías dependiendo del nivel de colaboración.

• Herramientas Electrónicas de Comunicación. La comunicación puede ser concebida como un intercambio no estructurado de información. Ejemplos claros de esto serían una llamada telefónica, discusiones sencillas como un chat o cualquier otro método de intercambio estático. Entre otros ejemplos se tienen conferencias síncronas, conferencias asíncronas, correo electrónico, fax, buzón de voz, wikis, publicaciones Web y control de revisión.

• Herramientas Electrónicas de Conferencia. Se refiere al trabajo que se produce de una manera interactiva y que gira alrededor de un objetivo común, sistemas que soporten lluvia de ideas o votaciones son ejemplos de ello. Otras herramientas son foros de discusión, videoconferencia, mensajería instantánea, conferencia de datos y sistemas de reunión electrónicos.

• Herramientas de Administración Colaborativa. Se refieren al trabajo interdependiente, complejo que gira alrededor de un tema. La interdependencia compleja se puede explicar cómo el hecho que cada miembro hace

tareas totalmente diferentes pero todas orientadas hacia un mismo objetivo, los sistemas se orientan a administrar cada una de esas acciones individuales. Ejemplos de esto son calendarios electrónicos, sistemas de gestión de proyectos, sistemas de flujo de trabajo sistemas de administración del conocimiento, etiquetado, predicción de mercados, sistemas extranet, sistemas de redes sociales y hojas de cálculo en línea

G. Conceptos generales de un portlet

El ciclo de vida de un portlet, se especifica en la Fig. 1 [6].

1. Fase de acción: cuando el portal inicializa, cada uno de los portlets, llamando al método init(). Al igual que los servlets, la única instancia del portlet es inicializada y compartida a todos los usuarios

2. Fase de renderización: el portal llama al método service() cuando se requiere que el portlet renderize su contenido. Durante el ciclo de vida el método service() es llamado varias veces.

3. Cuando se termina la ejecución del portal, los portlets son puestos fuera de servicio, luego destruidos con el método destroy(). Finalmente, el portlet es recogido por el recolector de basura de Java y finalizado

Para poder crear la experiencia personalizada para cada usuario, cada portlet es combinado con la sesión de usuario. Cuando un usuario realiza el inicio de sesión en el portal, el método login() es llamado por cada portlet, el cual permite que cada portlet inicie el portlet del usuario. El portlet llamará al método logout() cuando el usuario termine su sesión para informar a los portlets que esta ha concluido

H. Características de Liferay como Sistema Manejador de Contenido.

Liferay soporta publicación de contenido web, basado en portales, gestión de documentación y contenido. Liferay contiene las siguientes características:

• Librería de documentos y galería de imágenes, que es un sitio centralizado para agregar y manejar todo el contenido.

• Alojamiento virtual dinámico, que permite usar la misma instalación de Liferay portal para crear un número infinito de portales.

• Flujo de trabajo para publicación, versionamiento, contenido estructurado contenido XSL, guías rastro, navegación y plantillas de Velocity y editores WYSIWYG para usuarios finales.

• Portlet publicador de activos, publica cualquier porción de contenido en el portal por medio de un conjunto de reglas de publicación o por selección manual.

• Portlet de contenido Web: ayuda a crear, editar y publicar artículos, así como plantillas para artículos

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para cambios en esquema con un clic. Posee un flujo de trabajo incorporado, versionamiento de artículos, búsqueda y metadatos.

• Lista de contenidos Web: despliega una lista dinámica de todos los artículos para una comunidad dada

• Visualizador de contenidos Web: publica cualquier artículo del manejador de contenido en una página portal

• Portlet de búsqueda de contenido Web: utiliza la máquina de búsqueda de Apache.

• Portlet de Portlets anidados: permite al usuario arrastrar y soltar portlets dentro de otros portlets, haciendo diseños complejos posibles

• Atributos personalizados: añade atributos únicos a los formularios de usuarios y organizaciones.

H. Análisis y Recolección de Requerimientos y Diseño del Portal

La utilización de una metodología de diseño Web, en la implementación de un portal basado en un CMS es un tema no estandarizado hasta la fecha, muchas compañías optan por construir su sitio a medida que se presente una necesidad. Para el caso de Gestor se decidió optar por la metodología UWE ya que las etapas de la recolección de requerimientos demostraron ser capaces de levantar información útil, ordenada y concisa la cual permitiría más adelante identificar los componentes o portlets a utilizarse de manera más sencilla, facilitando la generación de contenidos.

La metodología UWE se aplicó en su totalidad salvo en lo que respecta a la etapa de elaboración y construcción ya que la mayoría de componentes ya estaban construidos por lo que no requerían ser diagramados ni programados, pero tampoco dejan de ser parte del ciclo del portal por lo que son parte esencial de la fase transición y mantenimiento. En donde se requirió de diseño y de desarrollo fue en la creación del portlet MiGestor, que fue un portlet creado para cubrir las necesidades, que los demás portlets no podían cubrir según lo determinado en la etapa de incepción.INCEPCIÓN.

Fig. 1. Ciclo de vida de un portlet

Se programó un conjunto de reuniones en las cuales se empezó por definir las necesidades de la Universidad Católica de Cuenca y las expectativas a cumplirse con este proyecto. De este análisis se determinó un punto inicial nulo, y que las necesidades de mejorar la comunicación requerían de soluciones tecnológicas modernas. Se obtuvo un listado de las funcionalidades que el portal debía ofrecer:

• Herramienta de comunicación.• Manejo de documentos (Repositorio de Datos).

• Crear base de conocimientos (WIKI).• Herramientas de colaboración (Foros) (Seguimiento

de oferta, Temas de discusión).• Administración de contenidos. • Blogs colaboradores.• Calendarios compartidos.• Encuestas simples.• Integración con sistemas de calidad (ISO), manejo de

Post (Post by Mail).• Integración con redes sociales.

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Respecto a la estructura de la información, esta debía manejarse de manera que Gestor sea el nodo inicial; una separación inicial entre el cliente interno y el externo, era necesaria. Adicionalmente la estructura debía ser flexible para soportar un aumento de nodos indefinidos, pero siempre dentro de los nodos interno y externo.

Gestión de Usuarios.

El CMS se encarga de manejar cada proceso en base a la identificación de usuario. Dentro de la base de datos cada usuario posee un nivel de acceso que va desde el administrador, que puede manipular incondicionalmente la información, hasta el usuario invitado, que simplemente podrá ingresar al sistema. Cada sistema incluirá distintos niveles que permitan distribuir entre los distintos usuarios distintas labores, como separar a un escritor de un editor y a la vez a ambos de un publicador de contenido.

ELABORACIÓN

Modelo de Arquitectura.

El modelo de arquitectura es especificado en l. 2, en donde constan los paquetes de interfaz de usuarios, autenticación y datos.

Fig. 2. Modelo de Arquitectura del Portal Interno del Gestor

En diagrama de casos de uso del gestor documental es especificado en la Fig. 2., que compromete acceso, rol, sugerencia.

Fig. 3. Diagrama de Casos de Uso del portlet Gestión Documental

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Cada caso de uso a su vez puede ser explotado con el correspondiente nivel de detalle, pero no es objeto del presente documento.

Modelo conceptual, contempla los componente del gestor: sugerencia, asistencia, permiso, rol, consulta de permiso, como se indica en la Fig. 3.

I. MODELOS DE DISEÑO

Los modelos van orientados al desarrollo del portlet Mi Gestor, ya que los demás portlets se encuentran ya construidos.

El Modelo de navegación, es especificado en la Fig. 4.

Fig. 5. Modelo de navegación

Fig. 4. Modelo conceptual del portlet Mi Gestor, según la metodología UWE

Para referencia a continuación, solamente se cita para la página principal el modelo de presentación. Consulta de permisos, rol, sugerencia, permiso, asistencia, también tendrán su diagrama del modelo de presentación.

Fig. 6. Modelo de Presentación de la Página Inicial

J. PORTLETS EMBEBIDOS CON LIFERAY. (Interfaz de usuario de mi gestor)

Agenda.

La agenda de Liferay busca brindar una solución de agenda completa. Permite anotar una cantidad ilimitada de eventos de diferentes tipos, adicionalmente permite exportar el calendario a un archivo *.ics, el cual es interpretable por otros productos como Microsoft Outlook, como se indica en la Fig. 6.

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Fig. 7. Vista inicial del portlet Agenda, tomado del prototipo del portal

Añadir evento

Mediante un formulario de ingreso de eventos, Fig. 7., se pueden ingresar la información siguiente:

• Fecha/hora de inicio: La fecha y hora en que empieza el evento.

• Duración: Cuánto demorará el evento.• Evento de todo el día: El chequear esta caja indica que

el evento durará todo el día.• Sensitivo a zona horaria: Hace que el portal lleve la

cuenta del evento sin importar la zona horaria• Título: El título de evento.• Descripción: Descripción del evento.• Tipo: Ofrece una lista de eventos pre configurados.• Repetir: Si el evento se repite en un período, se elige

el período.• Fecha final: fecha final en que se deja de repetir el

evento.• Recordatorios: Permite elegir si se envía un

recordatorio, con cuanta anticipación, y bajo qué medio (email, sms, im).

Fig. 8. Edición de evento del portlet, tomado del prototipo del portal

Blog

El portlet de Liferay permite brindar el servicio de “blogueo”, de manera que pueda proveer a cada empleado con su blog propio o sintonizar el blog de la organización, de modo que este contenido esté disponible a la vez en formato RSS, como se

indica en la Fig. 8.

Fig. 9. Vista del portlet Blog con un post, tomado del prototipo del portal

Mediante la opción de configuración, Fig. 8. se puede dar formato a cómo se despliegan las entradas en el Blog.

• Para el sitio:

Artículos máximos a desplegar: Define la cantidad de entradas a mostrar en la página inicial, con un límite de hasta 100 entradas.

Estilo de despliegue: ofrece las opciones de mostrar contenido, consiste en desplegar un número de palabras, o solo el Titulo.

Habilitar Ratings: Permite a los usuarios calificar las entradas del blog entre 1 a 5 estrellas.

Habilitar Comentarios: Permite a los lectores comentar a las entradas del blog

Habilitar ratings de Comentarios: Permite dar una calificación a los comentarios.

• Para RSS:

Artículos máximos a desplegar: Igual funcionamiento que para el sitio.

Estilo de despliegue: igual funcionamiento que para el sitio.

Fig. 10 Modo configuración del portlet blog

Foro de discusión.

Liferay se distingue entre los demás foros con su portlet, ya que esos foros no llevan correlación con el sitio que representan la mayoría de veces, mientras que Liferay permite que el foro este embebido en el mismo portal y sin necesidad de iniciar una doble sesión, Fig. 9.

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Fig. 11. Portlet. Foro de discusión con 3 categorías creadas

Grupos de usuarios.

Los usuarios son inicialmente organizados en grupo, de esta manera obtienen permiso o autorización basados en el grupo al que pertenecen.

Un usuario puede ser promovido a otro grupo basado en el criterio del administrador, en este caso el número de mensajes. En la configuración, se puede ajustar el nombre y el criterio de estos rangos

Moderador.

Son usuarios con acceso a posts e hilos de todos los miembros con el propósito de moderar la discusión (realizar arbitraje) y dar mantenimiento al foro y sus contenidos. Un moderador tiene distintos privilegios como: borrar, fusionar, mover y dividir posts e hilos bloqueo, renombramiento y seguimiento de hilos, suspensión, reactivación, advertencia a miembros, o añadir, eliminar o remover las encuestas en los hilos.

Panel de control.

El panel de control brinda una interfaz de administración al portal. Fig. 10.

Fig. 12. Portlet de administración

III. CONCLUSIONES

Producto de la investigación se han levantado las siguientes conclusiones:

• En un entorno institucional como el de la Universidad Católica de Cuenca, resultaría ideal la productividad de un portal web interno, o intranet, a efectos de disponer de un nuevo canal de comunicación interno.

• Apoyarse en la productividad de soluciones de software libre es una premisa válida, liferay en consecuencia es una alternativa viable. Es completamente factible la productividad con esta solución.

• La generación del prototipo, para la Universidad, requiere de retroalimentación por parte de los usuarios, este es el factor que no ha sido potencializado, es necesario hacerlo.

• La implementación de la solución en la Universidad requerirá de la consolidación de varios factores, como:

Equipo de desarrollo.Infraestructura.Personal para prueba.Equipo para producción.Personal que administre el gestor de contenidos.

RECONOCIMIENTOS

Reconocimiento especial al equipo de investigadores, conformado por los estudiantes del quinto año de la Facultad de Ingeniería de Sistemas: Mayra Alexandra Alvear Reyes, René Xavier Barbecho. Agradecimientos al personal de laboratorio de la Unidad Académica, a las instituciones y personal técnico que apoyaron la explotación de la Herramienta QUIPUX, al personal directivo, docente, administrativo y estudiantil por la información y datos proporcionados.

IV. REFERENCIAS

[1] UWE: UML Web-Based Engineering

[2] PORTAL (2012). Recuperado el 24 mayo de 2012, del sitio web de Wikipedia http://es.wikipedia.org/wiki/Portal(Internet)

[3] WEBOPEDIA(2012). Recuperado el 24 mayo de mayo de 2012, del sitio web de WEBOPEDIAhttp:/ /www.webopedia.co m/TERM/F/FTP.html

[4] G E S T O R D E C O N T E N I D O S W E B WEBOPEDIA(2012). Recuperado el 25 mayo de mayo de 2012, del sitio web de INTERDIGITAL.http://www.interdigi tal.es/gestordecontenidos.aspx

[5] SOFTWARE COLABORATIVO (2010). Recuperado el 21 mayo de mayo de 2012, de l s i t io web de APLICACIONESEMPRESARUALES.CO M . h t t p : / /www.aplicacionesempres a r i a l e s . c o m / s t a g /software- colaborativo.html

[6] GUIA DE DESARROLLO DE PORTLETS (2012). Recuperado el 2 mayo de mayo de 2012, del sitio web de LIFERAY P O R T A L . http://docs.liferay.com/portal/4.2/ official/liferay-portlet-development-guide- 4.2/onepage/

[7] XSL: siglas de Extensible Stylesheet L a n g u a g e , lenguaje extensible de hojas de estilo

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Desarrollo de aplicaciones interactiva de estimulación temprana para kinect

Freddy NARVAEZ


[email protected]

Abstract- It is considered of public interest the use of the Internet as a medium for inter-country and an invaluable tool for access, dissemination and communication of ideas and knowledge, and policy priority. In this sense, this project hopes to contribute to improving the quality of education, providing equal access to educational content for easy access of all children, with a focus on systemic quality, using information and communication technologies as tools to support actors involved in the teaching-learning process. Also expected to contribute to methodology development and evaluation of educational multimedia material to obtain a systematic and efficient to ensure a quality product because the methodologies currently used are not specifically directed at obtaining a product of quality. The project is based on improving the mental abilities of children. The assistance is done through software that is paired with a device called KINECT. This device works with a motion sensor that allows a person through their body movements to interact with software, and use no additional controls; still the same its own control. The software developed will be focused on better mental development of the individual. Example: recognizing numbers, letters, drawings, objects etc people. They visualize graphs of geometric figures, the child will be noted through movement, which is the figure required, if the stimulus succeeds earn points, which will help to continue advanced learning.

Resumen— Se considera de interés público el uso de Internet como un medio para la interrelación de los países y una herramienta invalorable para el acceso, la difusión y la comunicación de ideas y conocimientos, así como política prioritaria. En este sentido, este proyecto espera contribuir a mejorar la calidad de la educación, facilitando el acceso equitativo a contenidos educativos para el fácil acceso de todos los niños, con enfoque de calidad sistémica, utilizando las tecnologías de información y comunicación como herramientas de apoyo a los actores que participan en el proceso de enseñanza–aprendizaje.

Así mismo se espera contribuir con una metodología de desarrollo y evaluación de material multimedia educativo que permita obtener un procedimiento sistemático y eficiente que garantice un producto de calidad, ya que las metodologías que se utilizan en la actualidad no están dirigidas específicamente a obtener un producto de calidad.

El proyecto se basa en mejorar las aptitudes mentales de los niños. La ayuda se realiza por medio de un software que estará enlazado conundispositivollamadoKINECT.Estedispositivotrabajaconunsensordemovimientoquepermitealapersonapormediodesumovimiento corporal pueda interactuar con software, y ya no use controles adicionales; siendo el mismo su propio control. El software desarrollado estará enfocado al mejor desarrollo mental de la persona. Ejemplo: reconocimiento de números, letras, dibujos, personas objetos etc. Se visualizara gráficos de figuras geométricas, el niño tendrá que señalar por medio de movimiento, cuál es la figura requerida, si acierta ganara puntos de estímulo, los cuales ayudarán a que siga avanzado con el aprendizaje.

Palabras clave:EstimulaciónTemprana,Aprendizajeinteractivo,Kinect,Simulación,SoftwareEducativo.

I. INTRODUCCIÓN

En este proyecto, se realiza un estudio sobre la metodología para el desarrollo de software educativo de calidad, bajo el enfoque de calidad sistémica, con miras a realizar un desarrollo adecuado, en ambientes virtuales de aprendizaje de la niñez; y de la utilización de una herramienta necesaria, útil para estimar la calidad de software educativo a nivel de producto o servicio.

Este tipo de medio educativo ofrece grandes posibilidades al mundo de la educación; y a distintas dimensiones al proceso de instrucciones. Hay que aprovechar la tecnología para crear situaciones de aprendizaje y enseñanza nuevas.

El software, nos permite hacer uso de varios medios tales como el audio y el video. Además de proporcionar diferentes

medios; una ventaja del software, es la capacidad del sistema informático, para registrar cualquier tipo de actividad que se haya desarrollado durante las sesiones de enseñanza.

Siguiendo esta definición, se propone en este proyecto, una metodología para el desarrollo de la mejor comprensión y reconocimiento; especialmente diseñado para ser de utilidad con el computador, y que persigue la finalidad de fomentar el aprendizaje en niños de edad de pre kínder.

Estos programas, ayudan al niño a mejorar su conocimiento a través de la práctica repetitiva. Se asume, que el conocimiento y la práctica le dan oportunidad al niño de mejorar lo aprendido. De esta manera, se hace necesario producir y evaluar software educativo que presente una excelente calidad, es decir, que cumpla con los requerimientos, planificación y presupuesto

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establecido.

II. TEXTO

A) Planteamiento del Problema

Planteamos el siguiente problema que; facilite el acceso equitativo a contenidos educativos para el fácil acceso de todos los niños, con enfoque de calidad sistémica, utilizando las tecnologías de información y comunicación, como herramientas de apoyo a los actores que participan en el proceso de enseñanza–aprendizaje.

Así mismo se espera contribuir con una metodología de desarrollo y evaluación de material educativo, que permita obtener un procedimiento eficiente, que garantice un producto de calidad, ya que las metodologías que se utilizan en la actualidad, no están dirigidas específicamente a obtener un producto de calidad.

Para ello trabajamos con un modelo específico para el mejor desarrollo de software del proyecto.

Se seleccionó la metodología de Proceso Racional Unificado (RUP), conelprocesoCiclodeVida (Iterativoe Incremental)por que permite administrar y configurar cada una de las fases del proyecto. Como se muestra (Fig.1.) a continuación las fases del (RUP).

Fig. 1. Metodología de Proceso Racional Unificado (RUP) con elprocesoCiclodeVida(IterativoeIncremental)

Este proceso consta de fases que detallamos a continuación:

1) Fases de inicio: Sistema de Estimulación Temprana.

Modelado de Negocio: El propósito principal de este modelo, es describir cómo el negocio es usado por sus clientes y socios. Pueden presentarse las actividades que son de interés para ellos, así como las tareas gerenciales y de soporte, que indirectamente conciernen a las partes externas.

El tiempo estimado es de doce meses como se muestra en el diagrama (Fig.3.) de fases e Hitos del proyecto.

Objetivos ArquitecturaCapacidad

Operacionalinicial

Version producto

Concepcion Elaboracion Construccion Transicion

3 4 31 4Tiempo semanas

Fig. 3. Fases e Hitos del Proyecto de Estimulación Temprana.

Una vez, que se entendió los procesos en el modelo de negocios, se estableció los requerimientos del producto a realizar.

B. Requerimientos

1. Los requerimientos de implantación, son los que tienen que ver con el uso del software en la institución; los terapeutas que intervienen en este programa, deben poseer conocimientos básicos del manejo de computadoras, (manejo de Windows, manejo del ratón, teclado y manejo de navegadores de Internet) y estar preparados para trabajar en esta etapa. Familiarizados con esta nueva forma de aprendizaje. El ambiente necesario para llevar a cabo el proyecto, se requiere de un laboratorio para computadoras para uso individual o en su defecto una computadora a ser usada por turno, por cada niño.

2. Los requerimientos del software tienen que ver con los aspectos pedagógicos, de diseño y de calidad de software. El sistema debe ser fácil de usar y entender por los niños de 3 a 5 años, además de ser agradable y visualmente atractivo.

· El sistema debe poseer una buena documentación.

· El sistema debe desarrollarse incluyendo las pautas de diseño de instrucciones descritas en el marco teórico, tales como actividades de refuerzo y ejercitación, motivadores para las respuestas, juegos interactivos educativos como premios, aprendizaje situado, contextualizándolo a su medio ambiente y cultura.

2) Fase de Elaboración: Definición de Arquitectura Básica (Modelado de datos y clases que se utilizaran para modelar flujos de trabajos) lo que permitirá encontrar procesos repetitivos.

Específicamente, el modelo de casos de uso, que se muestra en la Fig. 2., tiene como propósito principal describir cómo la educación con software, es usada por sus clientes y socios, en este caso, por los terapeutas y los niños. Pueden presentarse las actividades que son de interés para ellos, así como las tareas gerenciales.

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Fig. 2. Casos de Usos: Demostración de sus Respectivas Interfaces

A continuación se describen los casos de uso de la aplicación, en TABLA I, II, III.

Descripción y Escenarios de Casos de Uso

TABLA I

REGISTRAR USUARIO

TABLA II

GENERAR MENÚ

TABLA III

IMPRIMIR RESULTADOS

3) Fase de Construcción: Proceso de Desarrollo del Software Estimulación Temprana por medio de: análisis, diseño e implementación.

Diseño e Implementación. El proyecto contempla aspectos de diseño orientado a objetos, el diseño de interfaces, es muy importante para lograr un entorno amigable y atractivo para los niños. Se muestra (Fig. 4. y Fig. 5.) un prototipo de la interacción entreelniño,laaplicaciónyeldispositivoKinectconnivelesdeaprendizaje.

Fig. 4. Interfaz en su primer nivel de complejidad 1 de la aplicación (Reconocimiento de Figuras Geométricas)

En un segundo nivel se muestra:

Fig. 5. Reconocimiento de Colores y figuras de animales en su Nivel de Complejidad 2

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Una vez, que los niños han superado los respectivos niveles de complejidad 1 y 2, el pediatra podrá evaluar, quienes son los que han superado estos niveles, lo hará por medio de una Base de Datos que almacenará y los tendrá como registros.

Cabe recalcar, que esta Base de Datos es muy ajena al desarrollodelaAplicaciónconKinect,estosimplementeayudaráa llevar un control o registro de los niños; y poder verificar a largo plazo la tendencia de quienes o porque han superado o no estos niveles.

En la Figura.6., se muestra un prototipo de los más altos puntajes que se han obtenido (Recalcamos que solo es una simulación)

Fig.6.Visualizacióndepuntajesaltos.

4) Fase de Transición y Seguimiento:

· Liberación del Software de Estimulación Temprana en

los Centros Pediátricos.

· Capacitación de usuarios administradores.

· Simulación con datos de Prueba con usuarios finales.

· Preparación de la Organización para arranque del

software.

· Refinamiento de la documentación.

C. Aplicación Desarrollo Herramientas Utilizadas

Fig.7.DispositivoKinect.

LaherramientaKinectdesdesudesempaqueyconexiónalaPC:

Fig.8.Kinectyaccesorios

1. En la Fig. 8., vemos el dispositivo kinect en su empaque.

2. Cables USB y de corriente eléctrica.

3. Cable USB que en un extremo tiene otro puerto USB que se

conectaalKinect.

4. Cable USB conectado a la PC.

5. Si ha instalado correctamente el dispositivo Kinect deberá

encenderse una luz verde (fig. 9).

Fig.9.Kinectconectadacorrectamente.

Además de la herramienta Kinect es necesario contar unmínimo de requerimientos en lo referente al software para su instalación:

Instalación del kinect en la PC:Hardware:SensorKinect. Computadora con procesador de doble núcleo a 2.66 GHz. TarjetagráficacompatibleconDirectX9.0C 2GB de RAMSoftware: Windows 7 x86 y x64.VisualStudio2010.

NET Framework 4.0.

La fase de construcción, específicamente al realizar el análisis y la revisión del código fuente de la empresa fabricante, fue crítico por el hecho de tratarse de código nuevo para un periférico poco conocido en el medio (Fig. 10.) además de ser los iniciadores en este tipo de desarrollo. A continuación se muestra el código fuente para sincronizar el movimiento del cuerpo humano con la consola.

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Fig.8. Esqueleto es representado por el dispositivo Kinect

usingMicrosoft.Research.Kinect.Nui;usingMicrosoft.Research.Kinect.Audio; public partial class MainWindow : Window publicMainWindow() InitializeComponent(); Runtimenui;/variable en tiempo de ejecucioninttotalFrames = 0;intlastFrames = 0;DateTimelastTime=DateTime.MaxValue;constintRED_IDX=2;constintGREEN_IDX=1;constintBLUE_IDX=0; byte[] depthFrame32 = new byte[320 * 240 * 4]; Dictionary<JointID,Brush>jointColors = new Dictionary<JointID,Brush>() JointID.HipCenter, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(169, 176, 155)), JointID.Spine, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(169, 176, 155)), JointID.ShoulderCenter, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(168, 230, 29)), JointID.Head, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(200, 0, 0)), JointID.ShoulderLeft, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(79, 84, 33)), JointID.ElbowLeft, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(84, 33, 42)), JointID.WristLeft, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(255, 126, 0)), JointID.HandLeft, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(215, 86, 0)), JointID.ShoulderRight, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(33, 79, 84)), JointID.ElbowRight, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(33, 33, 84)), JointID.WristRight, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(77, 109, 243)), JointID.HandRight, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(37, 69, 243)), JointID.HipLeft, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(77, 109, 243)),JointID.KneeLeft,newSolidColorBrush(Color.FromRgb(69, 33, 84)), JointID.AnkleLeft, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(229, 170, 122)), JointID.FootLeft, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(255, 126, 0)), JointID.HipRight, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(181, 165, 213)),

JointID.KneeRight,newSolidColorBrush(Color.FromRgb(71, 222, 76)), JointID.AnkleRight, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(245, 228, 156)), JointID.FootRight, new SolidColorBrush(Color.FromRgb(77, 109, 243)) ;private void Window_Loaded(object sender, EventArgs e) nui = new Runtime(); try nui.Initialize(RuntimeOptions.UseDepthAndPlayerIndex | Run-timeOptions.UseSkeletalTracking | RuntimeOptions.UseColor); catch (InvalidOperationException) System.Windows.MessageBox.Show(“iniciandoacceso a kinect”); return; try nui.VideoStream.Open(ImageStreamType.Video,2,ImageRe-solution.Resolution640x480, ImageType.Color);nui.DepthStream.Open(ImageStreamType.Depth, 2, ImageRe-solution.Resolution320x240, ImageType.DepthAndPlayerIn-dex); catch (InvalidOperationException) System.Windows.MessageBox.Show(“Failed to open stream. Please make sure to specify a supported image type and resolu-tion.”); return; lastTime = DateTime.Now;

nui.DepthFrameReady += new EventHandler<ImageFrameReadyEventArgs>(nui_DepthFrameReady);nui.SkeletonFrameReady += new EventHandler<SkeletonFrameReadyEventArgs>(nui_SkeletonFrameReady);nui.VideoFrameReady+=newEventHandler<ImageFrameReadyEventArgs>(nui_ColorFrameReady); byte[] convertDepthFrame(byte[] depthFrame16) for (int i16 = 0, i32 = 0; i16 < depthFrame16.Length && i32 < depthFrame32.Length; i16 += 2, i32 += 4) int player = depthFrame16[i16] & 0x07;intrealDepth = (depthFrame16[i16+1] << 5) | (depthFrame16[i16] >> 3); byte intensity = (byte)(255 - (255 * realDepth / 0x0fff));depthFrame32[i32+RED_IDX]=0;depthFrame32[i32+GREEN_IDX]=0;depthFrame32[i32+BLUE_IDX]=0; switch (player) case 0:depthFrame32[i32+RED_IDX]=(byte)(inten-sity / 2);depthFrame32[i32+GREEN_IDX]=(byte)(intensity / 2);

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depthFrame32[i32+BLUE_IDX]=(byte)(intensity / 2); break; case 1:depthFrame32[i32+RED_IDX]=intensity; break; case 2:depthFrame32[i32+GREEN_IDX]=intensity; break; case 3:depthFrame32[i32+RED_IDX]=(byte)(inten-sity / 4);depthFrame32[i32+GREEN_IDX]=(byte)(intensity);depthFrame32[i32+BLUE_IDX]=(byte)(intensity); break; case 4:depthFrame32[i32+RED_IDX]=(byte)(inten-sity);depthFrame32[i32+GREEN_IDX]=(byte)(intensity);depthFrame32[i32+BLUE_IDX]=(byte)(intensity / 4); break; case 5:depthFrame32[i32+RED_IDX]=(byte)(inten-sity);depthFrame32[i32+GREEN_IDX]=(byte)(intensity / 4);depthFrame32[i32+BLUE_IDX]=(byte)(intensity); break; case 6:depthFrame32[i32+RED_IDX]=(byte)(inten-sity / 2);depthFrame32[i32+GREEN_IDX]=(byte)(intensity / 2);depthFrame32[i32+BLUE_IDX]=(byte)(intensity); break; case 7:depthFrame32[i32+RED_IDX]=(byte)(255-intensity);depthFrame32[i32+GREEN_IDX]=(byte)(255 - intensity);depthFrame32[i32+BLUE_IDX]=(byte)(255- intensity); break; return depthFrame32; void nui_DepthFrameReady(object sender, ImageFrame-ReadyEventArgs e) PlanarImage Image = e.ImageFrame.Image; byte[] convertedDepthFrame = convertDepthFrame(Image.Bits);

depth.Source = BitmapSource.Create(Image.Width, Image.Height, 96, 96, PixelFormats.Bgr32, null, convertedDepthFrame, Image.Width * 4); ++totalFrames; //DateTime cur = DateTime.Now;

//if (cur.Subtract(lastTime) >TimeSpan.FromSe-conds(1)) // // intframeDiff = totalFrames - lastFrames; // lastFrames = totalFrames; // lastTime = cur; // frameRate.Text = frameDiff.ToString() + “ fps”; // private Point getDisplayPosition(Joint joint) floatdepthX,depthY;nui.SkeletonEngine.SkeletonToDepthImage(joint.Position, out depthX,outdepthY);depthX=Math.Max(0,Math.Min(depthX*320,320));//convert to 320, 240 spacedepthY = Math.Max(0, Math.Min(depthY * 240, 240)); //convert to 320, 240 spaceintcolorX,colorY;ImageViewAreaiv=newImageViewArea(); nui.NuiCamera.GetColorPixelCoordinatesFromDepthPixel(ImageResolution.Resolution640x480,iv,(int)depthX,(int)depthY,(short)0,outcolorX,outcolorY);returnnewPoint((int)(skeleton.Width*colorX/640.0),(int)(skeleton.Height * colorY / 480)); PolylinegetBodySegment(Microsoft.Research.Kinect.Nui.JointsCollection joints, Brush brush, paramsJointID[] ids) PointCollection points = new PointCollection(ids.Length); for (inti = 0; i<ids.Length; ++i ) points.Add(getDisplayPosition(joints[ids[i]])); Polyline polyline = new Polyline();polyline.Points = points;polyline.Stroke = brush;polyline.StrokeThickness = 5; return polyline; void nui_SkeletonFrameReady(object sender, SkeletonFra-meReadyEventArgs e) SkeletonFrameskeletonFrame = e.SkeletonFrame;intiSkeleton = 0; Brush[] brushes = new Brush[6]; brushes[0] = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(255, 0, 0)); brushes[1] = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0, 255, 0)); brushes[2] = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(64, 255, 255)); brushes[3] = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(255, 255, 64)); brushes[4] = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(255, 64, 255)); brushes[5] = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(128, 128, 255));skeleton.Children.Clear();foreach (SkeletonData data in skeletonFrame.Skeletons) if (SkeletonTrackingState.Tracked == data.Trac-kingState) // Draw bones

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Brush brush = brushes[iSkeleton % brushes.Length];skeleton.Children.Add(getBodySegment(data.Joints, brush, JointID.HipCenter, JointID.Spine, JointID.ShoulderCenter, JointID.Head));skeleton.Children.Add(getBodySegment(data.Joints, brush, JointID.ShoulderCenter, JointID.ShoulderLeft, JointID.Elbow-Left, JointID.WristLeft, JointID.HandLeft));skeleton.Children.Add(getBodySegment(data.Joints, brush, JointID.ShoulderCenter, JointID.ShoulderRight, JointID.ElbowRight, JointID.WristRight, JointID.HandRight));skeleton.Children.Add(getBodySegment(data.Joints, brush, JointID.HipCenter,JointID.HipLeft,JointID.KneeLeft,JointID.AnkleLeft, JointID.FootLeft));skeleton.Children.Add(getBodySegment(data.Joints, brush, JointID.HipCenter,JointID.HipRight,JointID.KneeRight,Join-tID.AnkleRight, JointID.FootRight)); // Draw jointsforeach (Joint joint in data.Joints) Point jointPos = getDisplayPosition(joint); Line jointLine = new Line();jointLine.X1=jointPos.X-3;jointLine.X2=jointLine.X1+6; jointLine.Y1 = jointLine.Y2 = jointPos.Y;jointLine.Stroke = jointColors[joint.ID];jointLine.StrokeThickness = 6;skeleton.Children.Add(jointLine); iSkeleton++; // for each skeleton void nui_ColorFrameReady(object sender, Image-FrameReadyEventArgs e) PlanarImage Image = e.ImageFrame.Image;video.Source = BitmapSource.Create(Image.Width, Image.Height, 96, 96, PixelFormats.Bgr32, null, Image.Bits, Image.Width * Image.BytesPerPixel); private void Window_Closed(object sender, EventArgs e) nui.Uninitialize();Environment.Exit(0); private void depth_ImageFailed(object sender, Exception-RoutedEventArgs e)

Una vez conocido el código fuente del esqueleto, se interpreta de la forma que se muestra en la Fig. 9:

Fig.9.Representación del esqueleto (juego demo)

III. CONCLUSIONES

Con la elaboración del proyecto hemos llegado a las siguientes conclusiones:

El proyecto que se realizo ha contribuido de manera muy importante para identificar y resaltar los puntos que hay que cubrir y considerar para llevar a cabo una implementación exitosaeneldesarrollodeaplicacionesconKINECT.Nosdejamuchas cosas importantes que reflexionar y muchas otras para llevar a cabo una buena implementación.

Es solo una mínima demostración, el DESARROLLO DE APLICACIONES INTERACTIVAS DE ESTIMULACIÓNTEMPRANAconKINECT,yloquedemostramoses,¿quées?,¿cómo funciona?, el dispositivo KINECT, por medio de unapequeña aplicación.

De esta manera, dejamos el campo libre para que puedan surgir más iniciativas, con nuevas y mejoradas aplicaciones, con laherramientaKINECT;yasícontribuyanconelavancedelaeducación y den un nuevo giro a la enseñanza.

Supone un cambio importante, en la forma de abordar la enseñanza y que sus conclusiones, puedan ser aplicadas en cualquier entorno educativo, siempre que cumpla las condiciones mínimas ya establecidas, en lo que se refiere a condiciones materiales.

KINECT tiene implicaciones que trascienden en el ámbitoeducativo y, por tanto es esencial medir el impacto real de las actuaciones, analizar sus métodos y procedimientos, de forma que toda la experiencia positiva pueda ser rápidamente replicada, y las negativas corregidas los más rápidamente posible.

Un factor importante en el proyecto es la comunicación, a través de los medios de comunicación social, de las actuaciones realizadas en el proyecto DESARROLLO DE APLICACIONES INTERACTIVAS DE ESTIMULACIÓN TEMPRANA conKINECT,permitirán,difundirelprocesodeinnovaciónenotroscentros, acelerando la utilización de esta herramienta, en el entorno educativo, factor esencial para competir en la sociedad del nuevo milenio.

Este proyecto se justifica por los grandes cambios de modelos culturales, que ha supuesto la invasión tecnológica en nuestra

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vida cotidiana. Uno de los aspectos, que ha transformado más profundamente nuestra vida, es la facilidad de obtener herramientas de este tipo.

Como desarrolladores y futuros profesionales, no podemos quedarnos atascados en lo típico y monótono; y no podemos separarnos de lo que sucede en la sociedad, y llevarnos por proyectos mediocres y simples; y por tanto es necesario llevar las nuevas tecnologías; a varios lugares de enseñanza, como a escuelas, y no solo pensar en centros de estimulación temprana. En este sentido, esta aplicación supone extender estos medios acercándolos a cualquier ámbito educativo.

RECONOCIMIENTOS

Reconocimiento al grupo de investigadores que participaron en la realización del proyecto a los alumnos del Quinto año “A” de Sistemas: Raúl Chin, Cristian Chicaiza, Eddy Ortiz y José Farez; y de manera especial al Ingeniero Isael Sañay por brindarnos sus conocimientos al inicio y culminación de este proyecto, a la Universidad Católica de Cuenca Facultad de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica, por ofrecer él apoyo necesario y por ser un segundo hogar al momento de adquirir conocimientos y experiencias.

IV. REFERENCIAS

[1] ToruntheKinectonyour laptopGoto thiswebsiteandinstalled visual studio express c#. http://www.microsoft.com/visualstudio/en-us/products/2010-editions/visual-csharp-express

[2] Once installed you will need to install the SDK http://research.microsoft.com/en-us/um/redmond/projects/kinectsdk/download.aspx

[3] OnceyouhaveinstalledtheSDKyoumayfindthatyouneed to install Coding4Fun Kinect Toolkit. If you arecoding, you will need to make sure that you know where you have up zipped these files, because you will

[4] Need to re-link the reference. http://c4fkinect.codeplex.com/

[5] CODING4FUN REFERENCE NOT LOADING Apart from the error above, I noticed that there were some errors saying that the coding4fun tool kit did not load and that there was an invalid reference. I had to go to this website http://c4fkinect.codeplex.com/and download the new tool kit. I extracted it somewhere in which I knew I could easily access it.

[6] Páginas que nos ayudaron a conocer más sobre el dispositivo:http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/

[7] Páginas que nos ayudaron a conocer más sobre el dispositivo:http://www.hcI4lAQGHWGRjiVQRCIYQq6f0yGZgs4ZJi82tfqUDA/channel9.msdn.com/coding4fun/projects/Coding4Fun-Kinect-Toolkit

[8] http://www.neoteo.com/controlador-de-kinect-para-pc

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Análisis, diseño e implementación de un sistema informático de enseñanza apropiada para

estimular el desarrollo intelectual y emocional de los niños de 3 a 5 años

Ciro JIMENEZ, Isael SAÑAY



ABSTRACT. - Children show a decrease in their motivation to learn when not performing tasks appropriate to their level of cognitive development or in which they fail. When pressed to learn something forcibly, children become stressed and may have psychological and / or adversely affect neurological sensorimotor development, language and learning, leading to school failure. Sin is software developed to facilitate early learning in children 3 to 5 years, the child will have a control to determine what level of learning is to know the progress that has been obtained during the software implementation. This project will provide additional aid to parvulista as it has developed a child-friendly interface will also work with appropriate techniques to stimulate the child in each of the areas of learning.

RESUMEN.- Los niños presentan una disminución en su motivación por el aprendizaje cuando realizan tareas no adecuadas con su nivel de desarrollo cognitivo o en las que fracase. Cuando se les presiona para que aprendan algo forzadamente, los niños se estresan y pueden presentar trastornos psicológicos y/o neurológicos que repercuten negativamente en el desarrollo sensomotor, lingüístico y en su aprendizaje, provocando el fracaso escolar. Peques es un Software desarrollado para facilitar la estimulación temprana en los niños de 3 a 5 años, se tendrá un control del niño para saber en que nivel de aprendizaje se encuentra, para conocer los avances que se han obtenido durante la implementación del software. Este proyecto brindará una ayuda complementaria al parvulista ya que se ha desarrollado con una interfaz amigable para niños además permitirá trabajar con técnicas adecuadas para estimular al niño en cada una de las áreas de aprendizaje.

PALABRASCLAVES:Aprendizaje,EstimulaciónTemprana,Desarrollo,Software.

I. INTRODUCCIÓN

El desarrollo de las niñas y niños sigue un orden altamente predecible desde que nace y durante las etapas de crecimiento. Durante este período el niño o niña pasa por determinados niveles de maduración que pueden ser neurológica, psicomotriz, senso-perceptual, psicológica y del lenguaje.

La estimulación a temprana edad de un niño o niña involucra varias áreas funcionales las cuales interactúan entre sí, como pueden ser: Cognitivo, Motriz, de Lenguaje y Social, por ello es de suma importancia la aplicación de un software que ayude a la estimulación correcta y eficaz.

Luego de haber realizado la encuesta a un total de 20 Centros de Desarrollo Infantil se ha podido verificar que en un 70% (ver Fig. 1.) Los Centros de Estimulación no cuentan con un software educativo que satisfaga la necesidad de mejorar el ambiente de enseñanza de los niños y/o niñas, motivo por el cual se tiene como objetivo realizar un software que cubra las necesidades requeridas por dichos centros.

Fig. 1. Software Educativo en los Centros de Desarrollo Infantil de la Ciudad de Cuenca.

Para el desarrollo del software se tomará como referencia dos Centros de Desarrollo Infantil de la Ciudad de Cuenca como son: “VicenteEscandón”y“RafaelCampoverde”loscualesserándemucha ayuda para definir los requerimientos de nuestro sistema.

El proceso de desarrollo de la aplicación seguirá la

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metodología RUP (Proceso Unificado Racional) con la notación UML (Lenguaje Proceso Modificado Unificado) por ser una excelente herramienta para el diseño y modelado de proyectos (Jacobson, Booch, & Rumbaugh, 2000).

II. TEXTO

A. MATERIALES Y MÉTODOS.

1) Materiales:

HARDWARE

CPU: 2.50GHz

PROCESADOR INTEL CORE i5 2450M

MEMORIA RAM 4 GB

SISTEMAOPERATIVO64BITS

MONITOR TOUCH SCREEN

SOFTWARE

MANEJADORDEBASEDEDATOSSQLSERVER2008.

LENGUAJEDEPROGRAMACIÓNVISUALSTUDIO2008.

INTERFAZ DE PROGRAMACIÓN C# 2008.

SISTEMAOPERATIVOWINDOWSSEVENULTIMATE.

MACROMEDIAFLASHVERSION8.

2) Métodos: Según el problema que se refiere a la falta de un software adecuado para facilitar la ayuda en la estimulación temprana de niños de 3 a 5 años edad, es un denominado estudio descriptivo; porque se relatan las características del problema y del grupo de individuos afectados, así como las causas que originan la falta de un software en los centros de desarrollo Infantil. (Tamayo M. T., 1999)

Con el propósito de desarrollar un programa de estimulación; dirigido a los niños que comprenden la etapa de Maternal y 3°, 4° y 5° nivel de la etapa pre escolar; en esta modalidad de investigación se acatan todas las fases de estudio, a fin de cumplir con todos los requisitos involucrados en este proyecto descriptivo para incrementar el nivel de aprendizaje y desarrollo cognoscitivo, senso-motriz, lingüístico y emocional de los infantes (Díaz Gilberto, 2000).

3) Diseño de Investigación: En consonancia con lo anterior el estudio propuesto posee un diseño de campo porque los datos son obtenidos de una situación actual y real; la cual es la disminución de la motivación hacia el aprendizaje en los alumnos de 3 a 5 años. (Tamayo S. M., 1999)

El objetivo que se persigue con este diseño es proporcionar un enfoque de una comunidad o de un fenómeno en forma transversal; en la cual se recolecta datos en un tiempo único y se describen las variables. De esta manera la investigación posee

un diseño de campo, transaccional-descriptivo. (Díaz Gilberto, 2000)

4) Método de la investigación: De acuerdo a los requerimientos de diversos centros de estimulación temprana se realizó un análisis detallado y se tomó en cuenta las expectativas de profesionales y usuarios para determinar si se utilizarán herramientas de software libre o propietario, la base de datos será las más óptima y la que pueda relacionarse con el software en donde se desarrollara la aplicación.

Para el Desarrollo e Implementación de Software, se utilizó RUP que utiliza el UML para preparar los esquemas del software y esta basado en componentes de software interconectados entre si a través de interfaces bien definidas. Tiene como características principales que es dirigido por casos de uso, centrado en la arquitectura y es iterativo e incremental. Es práctico subdividir el trabajo en partes más pequeñas o mini-proyectos donde cada unoresultaenunincrementooversióndelproducto.(Kruchten,2000). Las herramientas utilizadas para la implementación con las que se trabajó son: Sistema Operativo Windows Seven, LenguajedeProgramaciónVisual Studio2008, la interfazdeDesarrollo es C#, Base de Datos SQL Server 2008.

6) Fases del Ciclo de vida del RUP: Debido a que no existe un proceso de desarrollo universal. Se exigen que el proceso de desarrollo de software se pueda configurar. Para el desarrollo de este sistema se escogió la metodología de Proceso Unificado Racional (RUP) con el modelo de Ciclo de Vida,porque Permite administrar y configurar cada una de las fases o niveles del proyecto.

El RUP (ver Fig. 2), divide el proceso de desarrollo del software en fases1, todo controlado con flujos de trabajo. Los Flujos de trabajo incluyen: el modelado del negocio, la ingeniería de requerimientos, el análisis, el diseño, la implementación, las pruebas y la liberación de una versión funcional del sistema.

Fig. 2. Proceso de desarrollo de software con RUP.

El Tiempo que se ha estimado para la elaboración de este proyecto es de 8 meses y 6 días aproximadamente.

En base a lo expuesto a continuación se analizan las fases del RUP para el desarrollo del aplicativo:

1 Fases del Proceso Unificado Racional: Inicio, elaboración, construc-ción y transición.

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Fase de inicio. Aquí se definió cuál es el ámbito y cual es el objetivo del proyecto, además se definió cómo va a funcionar y cuál es la capacidad del proyecto.

Los artefactos obtenidos en esta etapa son los que se indican a continuación: Modelo de Negocio, Documento de Análisis de los Procesos Institucionales, diagramas de casos de usos con escenarios bien estructurados (de acuerdo con la documentación), diagrama de actividades, diagrama de distribución (Fig. 4), diagramas de componentes para una vista de alto nivel del proyecto.

Fase de elaboración: En base a los artefactos generados en la etapa de inicio se logro establecer la arquitectura básica del aplicativo (Fig. 3), obteniendo los siguientes artefactos: Modelado de Clases, Modelado de datos, Diagrama de Componentes, Diagramas de Distribución, que se utilizarán para modelar flujos de trabajo y así encontrar procesos duplicados y se los puedan suprimir del proyecto. (Schmuller, 2001)

Se determino que el sistema consiste en una arquitectura de tres capas como se observa en la Fig. 3.

Fig. 3. Modelo del Software en 3 capas.

Fig. 4. Diagrama de Distribución del Software.

El diagrama de componentes del software estimulación temprana para niños y niñas de 3 a 5 años de edad (ver Fig. 5), sirvió de base para la codificación de los módulos del Sistema.

Fig. 5. Diagrama de Componentes Generales del Software

Fase de Construcción. En esta etapa se realiza el refinamiento de la arquitectura básica (Diagramas de Casos de Uso, Diagrama de Clases, Diagrama de Implementación) y se procedió con la programación y pruebas de los diferentes módulos del aplicativo.

En base al diagrama de componente (Fig. 5) se codifico la conexión principal de la aplicación web y el servidor de base de datos; a continuación se muestra parte del código de estos componentes.

Conexión general de la aplicacion con la base de datos.<connectionStrings> <add name=”estimulacion” connectionString=”Data Source=(local);Initial Catalog=estimulacion;Integrated Security=True”/> <add name=”estimulacionConnectionString” connectionString=”Data Source=(local);Initial Catalog=estimulacion;Integrated Security=True” providerName=”System.Data.SqlClient”/> </connectionStrings>

Para las conexiones secundarias de las clases de los formularios con la base de datos se utiliza la siguiente codificación que permitirá el acceso e ingreso de datos.

SqlHelper.ExecuteNonQuery(WebConfigurationManager.ConnectionStrings[“estimulacion”].ConnectionString, CommandType.StoredProcedure, “GrabarAlumno”, Parametros);

return

SqlHelper.ExecuteDataset(WebConfigurationManager.ConnectionStrings[“estimulacion”].ConnectionString, CommandType.StoredProcedure, “ListarAlumno”).Tables[0];

- 182 -

SqlHelper.ExecuteNonQuery(WebConfigurationManager.ConnectionStrings[“estimulacion”].ConnectionString, CommandType.StoredProcedure, “ActualizarAlumno”, Parametros);

//metodo para guardar el puntaje de la técnica realizada public void MtdGuardarEvaluacion() SqlParameter[] Puntaje = new SqlParameter[1]; Puntaje[0] = new SqlParameter(“@valor_avaluacion”,pValorevauacion); SqlHelper.ExecuteNonQuery(WebConfigurationManager.ConnectionStrings[“AreaCognitiva”].ConnectionString, CommandType.StoredProcedure, “grabarpuntaje”, Puntaje);

Fase de transición y seguimiento:

En esta etapa se dará como resultados una versión beta funcional del software de estimulación temprana desarrollado y está previsto trabajar en las siguientes actividades:

La liberación del Software para la Estimulación Temprana en niños y niñas de 3 a 5 años de edad.

Preparación del Software para la producción.

Implementación del software en las Unidades Educativas “Vicente Escandón “y “Rafael Campoverde” de la Ciudad deCuenca.

B. RESULTADOS.

Software para Estimulación Temprana de Niños y Niñas de 3 a 5 años de la Ciudad de Cuenca:

Creación del Grupo de Trabajo para el desarrollo del software,

Identificación de los requerimientos,

Clasificación y preparación de los requerimientos,

Documentación de los requerimientos,

Documentación de análisis y diseño,

Identificación de los módulos que van a conformar el software (registro, lenguaje, cognitivo, motriz y socio-emocional),

Elección de los programas para el desarrollo del software,

Integración de los módulos,

Pruebas del software,

Implementación del software en una versión beta funcional.

Observación de resultados.

Software de análisis, diseño e implementación de un sistema informático de enseñanza apropiada para estimular el desarrollo intelectual y emocional de los niños de 3 a 5 años ha sido desarrollado a partir del modelo propuesto por los investigadores, tiene las siguientes características:

4) Módulos del sistema para la estimulación temprana.

El sistema consiste de 5 módulos que le permite al parvulista y párvulo ayudarle con la estimulación dinámica, interactiva en el aprendizaje de los alumnos y poder obtener mejores resultados al momento de realizar la estimulación en las diferentes técnicas planteadas en el programa, cada área contará con diferentes técnicas de estimulación hechas de acuerdo a la edad del niños.

Módulo de registro y evaluación inicial

Registrar nuevos alumnos y docentes,

Realizar registro de usuarios al sistema (login) (Fig. 6),

Realizar la prueba de evaluación inicial (Fig. 7).

Fig. 6. Interfaz de Login.

Fig. 7. Interfaz del Test Inicial

Módulo área cognitivo

Le permite al niño comprender, relacionarse y adaptarse a nuevas situaciones, haciendo uso del pensamiento y la interacción directa con los objetos, figuras, colores, y el medio que lo rodea. Dentro de esta área el niño puede desarrollar sus niveles de pensamiento, su capacidad de razonar, poner atención y seguir instrucciones mediante las siguientes técnicas que se

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indican a continuación:

Identificar figuras (Fig. 10, 11),

Identificar objetos (Fig. 9),

Identificar colores,

Identificar tamaños,

Seguir instrucciones.

Fig. 8.Interfaz del Juego de Identificación de Tamaños.

Fig. 9. Interfaz del juego para reconocer objetos.

Fig. 10. Interfaz del juego para reconocer figuras.

Fig.11. Interfaz del Juego para reconocer Figuras Segundo Nivel.

Módulo área motriz

Le permite al niño tomar contacto con el mundo también comprende la coordinación de lo que se ve y de lo que se toca, además es capaz de pintar, dibujar y manipular objetos.

A continuación se especifican cada una de las técnicas que conforman esta área:

Colorear objetos (Fig. 13, 14),

Laberinto.

Fig. 12. Interfaz de inicio de colorear.

Fig. 13. Interfaz del Juego para Colorear.

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Fig. 14. Interfaz del Juego para Colorear

Módulo área de lenguaje

Le permite al niño comunicarse con su entorno mediante la capacidad comprensiva, el niño puede entender ciertas palabras mediante animaciones, a continuación se indican las diferentes técnicas que conforman esta área:

Identificación de vocales (Fig. 16,17),

Identificación de números (Fig. 18,19),

Identificación de letras,

Identificación de palabras.

Fig.15. Interfaz Principal del Área de Lenguaje.

Fig.16.InterfazdelJuegodeReconocimientodeVocales.

Fig.17.InterfazdelJuegoparaVerificarelReconocimientodeVocales.

Fig. 18. Interfaz del Juego para Reconocimiento de Números.

Fig.19.InterfazdelJuegoparaVerificarlaIdentificaciónNúmeros.

Módulo área socio-emocional

Le permite al niño relacionarse con sus padres y con su

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comunidad por medio de juegos didácticos, mediante las siguientes técnicas:

Identificar miembros de familia,

Identificar personajes de la comunidad (Fig. 20,21),

Identificar partes de su cuerpo,

Identificar género.

Fig. 20. Interfaz del Juego para reconocer los sonidos nivel1.

Fig. 21. Interfaz del Juego para reconocer los sonidos nivel 2.

C. DISCUSIÓN

Cuando se intentó buscar información que sirviera de guía para encontrar las falencias y conocer el tipo de Software que se manejaba en los Centros de Desarrollo Infantil, en muchas de estas instituciones se obtuvo una respuesta negativa, a pesar de los inconvenientes el proyecto se llevo a efecto en el Centro de Desarrollo Infantil de la Universidad Católica de Cuenca, aquí se evidenció que son muy pocas las Instituciones que cuentan con Software Educativo, ya que en muchos de estos se piensa que la inversión sería costosa y otros desconocen que exista dicha tecnología.

Es por eso que hemos visto la necesidad de desarrollar un Software apropiado para estimular de forma idónea, a los niños y niñas de los Centros de Desarrollo Infantil de nuestra región.

Por lo que la hipótesis “La estimulación temprana mejora el desarrollo intelectual en los niños de 3 a 5 años.” ha sido demostrada.

III. CONCLUSIONES

En muchos Centros de Desarrollo Infantil de la Ciudad de Cuenca, se utiliza Software de Estimulación Temprana, pero no existe uno que permita estimular cada una de las Áreas de Aprendizaje.

El Software propuesto permite reforzar el Proceso de Enseñanza aplicado por el docente.

También permitirá evaluar la Capacidad de Aprendizaje de los Niños y Niñas de 3 a 5años de la Ciudad de Cuenca.

RECONOCIMIENTOS

Este proyecto es el resultado del esfuerzo conjunto de las autoridades de la Institución.

Se agradece al grupo de trabajo conformado por los estudiantes del quinto año: Auqui Torres Liliana Carolina, Campoverde Peñafiel Ana Lucia, Chuqui Patino Gabriela Paola, Cuenca Sigcho Christian Freddy, Tigre Morocho Julio Alfredo.

También se agradece al personal del laboratorio, por las facilidades prestadas en la ejecución de la investigación.

IV. REFERENCIAS

[1] Buenas Tareas . (2011, 02 03). Retrieved 2012, from www.buenastareas.com

[2] Abreu, I. (2012, febrero). www.cosasdelainfancia.com.

[3] Cordero Guzmán, D. (2011). Proyectos de Acreditación de carrera. Cuenca.

[4] Díaz Gilberto, D. D. (2000). Retrieved 2012, from http://www.monografias.com/trabajos32/estimulacion-temprana

[5] Díaz Gilberto, D. D. (2000). Retrieved 2012, from http://www.monografias.com/trabajos32/estimulacion-temprana/estimulacion-temprana3.shtml

[6] Ing. Sañay Isael, I. M. (2011). Modelo de Gestion Archivistica Digital de Documentos Históricos. Cuenca.


[8] Kruchten, P. (2000). “The Racional Unified Process: An introduction”.

[9] Schmuller, J. (2001). Aprendiendo UML en 24 Horas. Prentice-Hall.

[10] SENPLADES. (2009, Enero 1). PLAN NACIONAL DEL BUEN VIVIR 2009-2013. Retrieved Julio 1, 2010, from

- 186 -

http://plan.senplades.gob.ec/

[11] Tamayo, M. T. (1999). Monografias.Com. Retrieved 2012, from Monografias.Com: http://www.monografias.com/trabajos32/estimulacion-temprana/estimulacion-temprana2.shtml

[12] Tamayo, S. M. (1999). monografias.com. Retrieved 2012, from monografias.com: http://www.monografias.com/trabajos32/estimulacion-temprana/estimulacion-temprana2.shtml

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Reducir la contaminación ambiental con una propuesta de reciclaje tecnológico y su

reutilización en el proceso aprendizaje – enseñanza en los centros de educación de la

UCACUE.Isael SAÑAY


Cuenca, Ecuador

[email protected]

Abstract- Thinking about the optimization of technological resources of the Catholic University of Cuenca and helping to improve learning from it, this project was designed to work with the race of Engineering Systems that entity to contribute to protecting the environment , since that every year millions of obsolete machines are delivered to collectors of waste who are driven to landfills or incinerated, all because of global technological devices, which has created an explosion in the accumulation of such waste.

As mentioned, the project was designed to recycle waste electronic UCACUE with the launch of a free software easy to use for consumers of these teams, thus reducing pollution of our planet.

Resumen- Pensando en la optimización de recursos tecnológicos de la Universidad Católica de Cuenca y contribuyendo a mejorar el aprendizaje obtenido en la misma, este proyecto fue orientado a trabajar con la carrera de Ingeniería de Sistemas de dicha entidad para contribuir con la protección del medio ambiente, puesto que cada año millones de máquinas obsoletas son entregados a los recogedores de basura, quienes los conducen a rellenos sanitarios o son incinerados, todo esto a causa del consumo mundial de dispositivos tecnológicos, que ha creado una explosión en la acumulación de este tipo de deshechos.Por lo citado, el proyecto fue diseñado para reciclar la basura electrónica de la UCACUE, con la puesta en marcha de un software libre de fácil manejo para los consumidores de estos equipos, disminuyendo así la contaminación ambiental de nuestro planeta.Palabras clave: obsoleto, basura, tecnológica, contaminación, reciclaje, ambiente.

I. INTRODUCCIÓN

En la actualidad se puede apreciar el aumento en el uso de aparatos electrónicos durante estos últimos años, lo que causa gran preocupación sobre el fin de las computadoras y periféricos que con el avance de la tecnología se vuelven obsolet-as. La basura tecnológica, se considera un nuevo tipo de desperdicio sólido que debe ser procesada de manera diferente debido al tipo de materiales del que están compuestos. Al analizar toda esta realidad decidimos plantear un proyecto de reciclaje para investigar como optimizar la reutilización de piezas de los equipos desechados y transformarlos en equipos útiles.

En contribución a la actual campaña por el cuidado del medio ambiente y dentro de ella, a la nueva tendencia del reciclaje tecnológico, nos motivamos a plantear este proyecto para dar a conocer a la ciudadanía la importancia de la reutilización de la basura tecnológica, mediante actividades de concientización y contribución al reciclaje de estos equipos mediante la comunidad educativa. Además de fomentar la educación ambiental, desvirtuando la necesidad de adquirir artículos de consumo por el hecho de estar de moda, cuando aun nuestros equipos y accesorios todavía funcionan, logrando de esta forma evitar el deshecho de materiales contaminantes o alcanzando también promover el uso de software libre en el ámbito educativo,

destinando los valores de su presupuesto de equipos nuevos a cubrir otras necesidades.

Con este proyecto fomentaremos los valores de protección del planeta y aprendizaje para nuestros compañeros colegas q serán futuros profesionales.

Con esta investigación exploratoria además queremos dejar un precedente para que en el futuro la universidad se fomente estos proyectos que contribuyen al cuidado de nuestro medio ambiente y uso de materiales reciclados. Además de esta forma crear una fuente de apoyo a la educación en todas las plazas para mejora el nivel de aprendizaje con la puesta en práctica de lo aprendido.

II. TEXTO

A. Materiales y Métodos

1) Materiales: Los materiales y las herramientas utilizadas son:

HARDWARE

• 2 computadoras Intel Pentium 4, 512 MB de Ram, Disco Duro 40 GB.

• 2 teclados.

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• 1 mouse.

• Cable de Red categoría 5e

• Adobe Phothosphop

• Kitdeherramientasparaensamblarcomputadoras

• Word

• Open office

• Adobe Dreanwear

• Adobe Flash

SOFTWARE

• Edubuntu 11.10

• Gestor synaptig

• School tools

• LTSP.conf

• Joomla versión 1.5

• Manejador de Base de Datos MySql

2) Métodos: Las metodologías de investigación principalmente utilizadas fueron: de campo, documental, descriptivo y exploratoria.

La metodología documental, ha permitido en base al análisis de los artículos científicos e investigaciones, discutir las consecuencias y buscar soluciones alternas a las que se ha llegado en este caso, el tratamiento de basura tecnológica y software informático libre, además se logró llegar a conclusiones críticas después de evaluar la información existente.

El método descriptivo para la recopilación y presentación sistemática de la información, ha permitido clarificar la situación actual, de cómo se está tratando los desechos tecnológicos de la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica de la Universidad Católica de Cuenca.

Con la investigación pre-experimental se trabajo en dos etapas. La primera etapa, consistió en la manipulación de los equipos informáticos dados de baja en la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica de la Universidad Católica de Cuenca, con el fin de establecer partes y piezas que pueden ser reutilizados o a su vez repotenciados (Fig. 1). La segunda etapa, consistió en determinar, las aplicaciones informáticos de software libre (EDUBUNTU) con las que se han de ser configurados los equipos rescatados en la etapa anterior; para lograr este propósito se realizo una investigación de campo aplicándose una encuesta a docentes de la Escuela “Jesús Cordero Dávila”. Los resultados que se evidencian son: la pregunta relacionada en cuanto al tamaño de los laboratorios en función del número de estudiantes. Un 60% de los docentes dicen que es muy adecuado en cambio un 40% dicen que es inadecuado (Fig. 2).

Fig. 1. Equipo ejecutor del proyecto.

En cuanto a la cantidad de máquinas en función del número de estudiantes un 48% de docentes mencionan que es poco adecuado, un 40 % muy adecuado y el 12 % es inadecuado Fig. 3.

Fig. 2. Tamaño de laboratorios en función del número de estudiantes.

Respecto a la planificación realizada por los docentes para las materias que ellos tienen a su cargo, el 100% de encuestados responden, que no existe ninguna actividad para trabajar en los laboratorios de computación. Lo que se evidencia que los estudiantes no realizan actividades didácticas en los laboratorios en ninguna asignatura que se imparte como parte del proceso formativo de los dicentes.

Fig. 3. Cantidad de maquinas en función del número de estudiantes.

El análisis de la información anterior, permitió adoptar una estrategia de software libre1 para los laboratorios de computación. Este software libre se encuentra en cientos de distribuciones:

1 GNU/Linux es el sistema operativo similar a Unix que usa el kernel de Linux y los programas del proyecto GNU.

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Debian, Ubunto, Fedora, Mandriva, Gentoo, etc. Además su uso se evidencia en todos los ámbitos del conocimiento como: Google, Wall Street, Nasa (Astrónomos), Gran Colisionador de Hadrones, Universidades, científicos (Astrónomos, médicos, biólogos, etc.), empresas (Nokia, Intel, IBM), escuelas, etc (Ubuntu, 2009).

El software libre esta patrocinado por Canonical Ltd., empresa británica propiedad del sudafricano Mark Shuttlewort Fig. 5 (Wikipwdia, 2008).

Fig. 4. Mark Shuttleworth, después de su discurso en Linuxtag de 2006 en Wiesbaden.

EDUBUNTU es una derivación oficial de la distribución Ubuntu destinada para su uso en ambientes escolares.

El mismo que ha sido desarrollada en colaboración con maestros de distintos países y es ideal para todos los jóvenes de los 6 a los 18 años.

Tiene programas educativos como GCompris, Suite educativa deKDE,TuxMath,etc.¡Yessoftwarelibre! 2) Fig. 5 (Wikipedia, 2008).

Fig. 5. Sistema operativo Edubuntu.

El software Ubuntu y Edubuntu pude conseguirse:

En internet http://ubuntu.com

Se puede escribir a Canonical para que nos envíen discos.

Acercándonos a un grupo de usuarios de GNU/Linux y pedir una copia.

También podría encontrarse en algún CD o DVD de unarevista.

Las características de equipo que se recomienda son las siguientes (Ubuntu, 2009):

Procesador Pentium 4 o superior.

RAM 512 MB o más.

Disco Duro de 40GB o mayor.

LectordeCDoDVD,ocapacidaddearranquedesde

USB.

Buena tarjeta de video.

Tarjeta de red.

Internet para bajar nuevos programas y actualizaciones.

Y se puede ¡probarlo sin instalarlo!

No es obligatorio tener internet para instalar Ubuntu o Edubuntu Fig. 6.

Fig. 6. Instalación de Ubuntu.

Para poder identificar los aplicativos a utilizar en los laboratorios, se utilizo la investigación de campo, la descriptiva e histórica; lo que permitió identificar el software libre que se podrían utilizar en las distintas asignaturas la Tabla 1., muestra la relación existente entre las materias o asignaturas, con las aplicaciones

2 Para ser considerado como tal, debe cumplir con cuatro libertades: Para ejecutar el software en cualquier sitio, con cualquier propósito y para siempre. Para estudiarlo y modificarlo a nuestras necesidades. De redistribución, de modo que se nos permite copiarlo y compartirlo. Para mejorar el software y hacer públicos estas mejoras.

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informáticas libres que se podrían utilizar para mejor el proceso de enseñanza - aprendizaje.

TABLA ISOFTWARE LIBRE A UTILIZAR EN LAS ASIGNATURAS.

En la instalación y configuración de las aplicaciones informáticas, se experimento con distintas versiones de Ubuntu y EdUbuntu. Instalando el servidor Linux Terminal Server Project (LTSP) Fig. 7, este Sistema Operativo, se utiliza para poner en funcionamiento a máquinas con escasos recursos, ya que permite construir un servidor y conectar computadoras obsoletas o sin disco duro; para que trabajen con las aplicaciones que están instaladas en el servidor, por medio de una red de datos. Las ventajas de usar LTSP son:

Fig. 7. Ubuntu 10.04 LTS – Lucid Lynux.

Costo: se pueden usar computadoras consideradas obsoletas o con un bajo costo.

Administración centralizada: el único mantenimiento que se requiere en las estaciones de trabajo es verificar conexiones físicas del monitor, red, teclado y mouse. Toda la administración de software se hace en el servidor.

Reducción de calor: al no requerir de mucha potencia reduce significativamente el calor.

Reducción de consumo eléctrico: una computadora sin disco duro requiere de solo 15w comparado con los 450w de una estación de trabajo común.

Flexibilidad: No esta limitado a usar solo equipo sin disco duro, puedes usar y conectar computadoras con disco, incluso con otro sistema operativo y conectarlas vía Samba.

También existen desventajas:

Un solo lugar de fallas: como toda la red depende del servidor cualquier fallo dejaría sin funcionar a los que estén conectados.

Costo del servidor: se tiene que invertir en un equipo robusto si se van a conectar muchas estaciones.

Para la instalación se ha considera la arquitectura que se muestra en la Fig. 8. Las características del servidor deben ser robustas y adicionar 250 Mb de memoria RAM por cada cliente que se agrega a la red.

En cuanto a los equipos thin client las características han de ser mínimas: 256 de memoria RAM y un procesador Pentium 4, no importa que no tenga disco duro, además los equipos han de ser configurados en la red de datos, y se debe setear el BIOS para que realice el booteo al servidor sincrónicamente al encender el equipo.

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Fig. 8. Arquitectura del Linux Terminal Server.

Para la configuración del servidor activar el “network-manager-gnome” o eliminar las conexiones como se indica en los comandos:

auto lo

iface lo inet loopback

auto eth0

iface eth0 inet static

address 192.168.1.254

netmask 255.255.255.0

network 192.168.1.0

broadcast 192.168.1.255

auto eth1

iface eth1 inet dhcp

sudo /etc/init.d/networking restart

Después instalamos el servidor de ltsp:

sudo apt-get install ltsp-server-standalone

Corremos este comando en modo terminal para hacer los reconocimientos de las pc en la red.

sudo nano /etc/ltsp/dhcpd.conf

Para construir el “client”

$ sudo apt-get install ltsp-server-standalone openssh-server

Se habilita la interfaz de red desde la cual se da el servicio

$ sudo gedit /etc/default/dhcp3-server

INTERFACES=”eth0”

Se guarda el archivo y cierra.

Vale la pena aclarar ciertos aspectos referentes a la chatarratecnológica, las computadoras son instrumentos que se deben manejar de forma diferente a otros materiales que se van a reciclar. Esto debido a su composición interna que consiste de varios tipos de materiales, a su vez reciclables individualmente. En la mayoría de las computadoras existen los siguientes

materiales en proporciones similares a las siguientes (Culver, 2005):

Acero y metales no ferrosos 40% a 70%.

Cables y alambres 1.5% a 6%.

Tubos de despliegue Hasta 6%.

Materiales termoplásticos Hasta 20%.

Mezclas de plásticos 1.5% a 6%.

Materiales especiales (baterías, entre otros.) 0.3% a 0.5%.

Según los datos encontrados en la investigación, el plomo se encuentra en los cristales de los monitores y el PCB en varias piezas eléctricas, los cuales son considerados como sustancias peligrosas que podrían estar contaminando las aguas subterráneas silenciosamente.

B. RESULTADOS

Concientización a las personas sobre la contaminación tecnológica.

Recolección y clasificación de piezas a ser utilizas.

Selección de la tecnología a ser usada en el proceso de reciclaje tecnológico.

Reutilización y adecuación de equipos informáticos.

Experimentación en instalación y configuración con el software libre.

Descargas de WebSite el software libre.

Capacitación para el manejo de Edubuntu.

Creación de página web http://www.infazbuy.com/web/

Computadoras reutilizadas.

C. DISCUSIÓN

Ante la alerta de la alta contaminación del planeta el desarrollo de este proyecto busca la concientización de las personas en cuanto al manejo de la basura tecnológica así como también dotar de equipos funcionales a las instituciones educativas de la UCACUE, utilizando máquinas desincorporadas por las Unidades Académicas, y dependencia de la misma. Con la ejecución del proyecto se anhela que los futuros profesionales de Ingeniería de Sistema, se vinculen efectivamente a la comunidad con las tecnologías de la información y la posibilidad de alcanzar un uso productivo de las mismas, supone obligadamente la transferencia de conocimiento a través de un proceso de formación adecuado a las características y necesidades reales de los usuarios. El desarrollo de este proceso de formación, aspecto tan o más importante que la provisión de la plataforma tecnológica de equipos, dispositivos y accesorios, representa un componente medular en la perspectiva del éxito de las diferentes acciones.Atalfin, laVíaTecnológicadesarrollametodologíasy contenidos para la enseñanza - aprendizaje del conocimiento informático, altamente innovadoras, ajustadas a las necesidades específicas de los usuarios - receptores de los equipos.

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El proyecto resulto un reto formidable debido a las características que este desperdicio posee. Tiene materiales que son reciclables y que pueden ser recuperados, a la vez que tiene materiales que son clasificados “obsoletos” para la UCACUE. Si estos últimos fuesen dispuestos de forma inadecuada, podrían causar serios problemas ambientales, e inclusive podría amenazar la salud pública y al medio ambiente. Sin embargo, el aspecto más importante es que este recurso, si se maneja adecuadamente, podría extender la vida útil de estos artículos.

Después de haber realizado la respectiva investigación en cuanto a reciclaje tecnológico, se pudo observar que la UCACUE no tiene un centro de acopio para realizar un tratamiento de basura tecnológica y nuestra facultad siendo la de Ingeniería de Sistema, especializada en estos temas, debería de realizar un proyecto que abarque con todo este tema.

Por todo lo antes expuesto como resultado de la investigación, para los miembros que proponemos este proyecto, este tema nos parece indispensable para contribuir con la ecología y para dar a conocer lo que se puede hacer con la denominada basura tecnológica y los alcances que tiene a nivel mundial concientizando sobre el actual manejo de estos desperdicios y sus consecuencias al no tomar medidas inmediatas.

III. CONCLUSIONES

El avance tecnológico nos ayuda a tener mejor producción, en varios casos puede abaratar los costos, pero también trae consecuencias negativas como: contaminación, despido masivos de obreros, costos social alto, afección medio ambiente.

El acelerado crecimiento en la fabricación de productos electrónicos está generando montañas de desperdicios que no pueden ser tratados como basura convencional, puesto que necesitan un tratamiento especifico.

Los dispositivos eléctricos y electrónicos contienen sustancias peligrosas como el plomo, el cadmio, el níquel que afectan a la salud y al ambiente.

Con campañas de reciclaje evitamos que se contamine la naturaleza y que regresen al circuito económico.

Los equipos tecnológicos tienen una altísima taza de renovación, pero un ciclo de vida sumamente corto.

Muchos procesos productivos y de fabricación sin su respectivo control, usados para mantener el modo de vida actual, están afectando y causando daños irreparables a la existencia de los seres vivos y en especial la de los seres humanos.

Actualidad no existen políticas de estado que promuevan el reciclaje de los equipos electrónicos muy pocos países han tomando en serio el uso de buenas prácticas en el tratamiento de los desechos tecnológicos.

Si no tomamos las medidas correctivas necesarias en la actualidad, estos problemas no serán tan fáciles de solucionar y cada día que pasa puede convertirse en algo caótico y muy peligroso a nivel Mundial.

Con el reciclaje y reutilización de equipos, no solo protegemos el medio ambiente, si no que proveemos de equipos útiles a instituciones educativas que por sus cortos presupuesto, no pueden adquirir maquinas nuevas para contribuir así al aprendizaje de los niños y jóvenes que lo necesiten.

Reutilización y reacondicionamiento, que consiste en aprovechar el mismo computador con algunas modificaciones que lo hacen útil; y

Reciclaje, que consiste en deshacer el computador hasta sus componentes y rehusar los mismos.

RECONOCIMIENTOS

Agradecemos a todas las autoridades que forman la comunidad Educativa Católica por facilitarnos los recursos necesarios para la ejecución del proyecto.

Al Sr. Decano Ing. Diego Cordero por toda su colaboración para conseguir los equipos necesarios.

Un agradecimiento especial a los alumnos (as) Garcia Marin Olga María, Salazar Avila Andrea Yolanda, Zabala Paredes Fabian Andres, Bermeo Pesantez Patricio Ivan, Medina Lozano Roberto ejecutores del proyecto. Se agradece también al personal de los laboratorios de la Unidad Académica y demás personas que colaboraron en la ejecución de la investigación.

IV. REFERENCIAS

[1] Culver, J. (27 de Enero de 2005). The life cycle of a CPU. Recuperado el 13 de Noviembre de 2012, de http//www.cpushack.net/lyfe-cycle-of-cpu.html

[2] http://www.pilos.com.co/ecopilos/que-es-e-waste-raee-residuos-electronicos/., C. (2005). Reciclaje creativo, ecología y medio ambiente.

[3] Ubuntu. (18 de Abril de 2009). The ubuntu project. Recuperado el 12 de Enero de 2012, de The Ubuntu story: http://www.ubuntu.com/project/about-ubuntu

[4 Wikipedia. (2 de Diciembre de 2008). Wikipedia. Recuperado el 6 de Mayo de 2012, de Fundacion Wikimedia Inc.: http://es.wikipedia.org/wiki/Edubuntu

[5] Wikipwdia. (31 de diciembre de 2008). Wikepedia. Recuperado el 6 de Mayo de 2012, de http://e s . w i k i p e d i a . o r g / w / i n d e x . p h p ? t i t l e = M a r k _Shuttleworth&action=history

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Estudio y adaptación de sistema ERP para la Universidad Católica de Cuenca.

Isael SAÑAY


Cuenca, Ecuador

[email protected]

Abstract. The purpose of this investigation is to show the results of the research work of the “Study and adaptation of ERP system for the Catholic University of Cuenca “. Specifically, we want to show the important aspects for the use of Open ERP, such as the installation: server, client and Web server. In the same way we analyze the modules of the ERP determinants that have the potential applicability within the University.

Resumen. El propósito de esta investigación es mostrar los resultados obtenidos en el trabajo de investigación del “Estudio y adaptación de Sistema ERP para la Universidad Católica de Cuenca”. Concretamente, se quiere mostrar los aspectos importantes para el uso de Open ER; tales como la instalación: del servidor, del cliente y del servidor Web. En el mismo sentido se analiza los módulos del ERP determinantes que tienen un potencial de aplicabilidad dentro de la Universidad.

Palabras claves OERP, instalación, módulos.

I. INTRODUCCIÓN

OpenERP es un sistema de información diseñado para modelar y automatizar la mayoría de los procesos de la organización, especialmente las que tienen que ver con la producción, la logística, el inventario, los envíos y la contabilidad siendo su misión facilitar la planificación de todos los recursos de la organización. El costo de implementación de un ERP propietario puede resultar demasiado elevado para las organizaciones, ya que se requiere en primera lugar la adquisición de paquetes con los módulos que se necesita y en segunda lugar capacitar a los usuarios en el uso de esta herramienta. Entonces resulta evidente que las pequeñas organizaciones no pueden tener acceso a estas plataformas debido a los costos elevados lo que les dificulta competer con empresas gigantes que si tienen suficientes recursos económicos para adquirir estos productos. La solución a este problema consiste en la implantación de ERP que se encuentre bajo los términos y licencias de Software libre1 con estos ERP las organizaciones pueden adquirir de manera gratuita los módulos que requieren y queda a cargo de la organización la capacitación de los usuarios.

II. TEXTO

A. Materiales y Métodos.

1) Materiales:

Hardware

- SERVIDORDEAPLICACIÓNYBASEDEDATOS

- Procesador 64bits a 1 GHz.

- Memoria RAM de 1 GB (mínimo).

- Disco Duro de 15 GB (mínimo).

- Tarjeta gráfica y monitor capaz de soportar una resolución de 800x600.

- Lector de CD-ROM, puerto USB o tarjeta de red.

- Conexión a Internet.

Software

- Ubuntu server LTS 10.04 y cliente 10.04.

- Manejador de base de datos postgres 8.4.

- Lenguaje de programación python 2.6.

- Interfaz de programación eclipse clásico.

- Sistema operativo linux (distribución libre) que soporte java y python.

- OpenERP 6.0.2 (servidor y cliente).

2) Métodos: La investigación descriptiva e histórica permitió tener un conocimiento concreto de la funcionalidad del Open ERP; además se determino que es factible la configuración y adaptación en la Universidad Católica de Cuenca, la investigación tuvo como fase experimental en la editorial (EDUNICA) de la Universidad.

Para la ejecución del proyecto se divido en etapas:

Etapa I: Instalación y configuración de los módulos del OpenErp.

Etapa II: Análisis y diseño para la adaptación de los módulos en la Universidad.

1 El software libre ha de cumplir con cuatro libertades: para ejecutar el software en cualquier sitio propósito y para siempre, para estudiarlo y modificarlo a nuestras necesidades, de redistribución de modo que se nos permita copiarlo y compartirlo, y para mejorar el software y hacer públicas estas mejoras.

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Etapa I: Instalación y configuración del OpenERP. Es necesario reconocer el trabajo de la comunidad de desarrolladores de software libre que libera los paquetes necesarios para su adaptación; los links (www.openerp.com) en los que se puede descargar este producto se cita a continuación:

- Documentación técnica de funcionamiento: doc.openerp.com.

- Recursos de la comunidad de desarrolladores: www.launchpad.net/open-object.

- Integración del servidor: test.openobject.com

- Entrenamiento en Python: doc.python.org

- Plataforma de OpenERP E-Learning: edu.openerp.com.

Para la instalación del OPEN ERP se siguió la arquitectura que se muestra en la Fig. 1.

Fig. 1. Arquitectura del Open ERP (SPRL T. , 2009).

Para la instalación en GNU/Linux el procedimiento se explica a continuación.

Instalación de paquetes requeridos.

Se instalo python (recomendado versión 2.5), además necesitamos instalar algunas librerías de python: psycopg2, reportlab, pychar, pydot, mxdatetime, xml, lxml y libxslt1, tz (librería zona horaria).

PIL: Python Imaging Library (requerido para reportlab).

Vobject:iCaldendaryVcards.

En Debian, estas librerías están disponibles en los siguientes paquetes: python, python-psycopg2, python-reportlab, python-pychart, python-pydot, python-egenix-mxdatetime, python-lxml, python-libxslt1, python-tz, python-imaging, python-vobject, python-yaml.

Para instalar las librerías requeridas, se ejecuto el siguiente comando.

$ sudo apt-get install python-psycopg2 python-reportlab python-egenix-mxdatetime python-tz python-pychart python-pydot python-lxml python-libxslt1 python-vobject python-yaml

Hay que tener en cuenta que aquí no hay necesidad de instalar python-imqfing, ya que este es una dependencia de python-reportlab. El comando apt-get instala todas las dependencias requeridas por el paquete.

Descargando y probando OpenERP server.

OpenERP puede ser descargado desde su Website: http://www.openerp.com/downloads.

Si se quiere probar el servidor, no es necesario instalarlo. Solo se tiene que descomprimir el archivo de OpenERP-server e iniciar el ejecutable como se muestra a continuación.

$tar-xzfopenerp-server-6.0.X.tar.gz

$cdopenerp-server-6.0.X/bin

$ python openerp-server.py

La lista de parámetros disponible se le puede obtener con -h al final de la línea.

$ python openerp-server.py –h

Instalación de OpenERP server.

Para instalar OpenERP se uso el archivo setup.py:

$tar-xzfopenerp-server-6.0.X.tar.gz

$cdopenerp-server-6.0.X


Si el servidor PostgreSQL está corriendo, se levantara OpenERP server con el comando:

$ openerp-server

Si no se tiene PostgreSQL server levantado y corriendo, se puede leer la instalación de PostgreSQL (SPRL T. , 2009).

Instalación y Configuración de PostgreSQL Server (Creative Commons, 2011).

En la página de descarga de PostgreSQL (http://www.postgresql.org/download/) se tiene una lista de posibles métodos de instalación. Se escoge una de ellas, de acuerdo a las necesidades.

Ejemplo en Debian y derivados.

En Debian, instalar el siguiente paquete:

$ sudo aptitude install postgresql.

Agregar Usuario.

Cuando la instalación del software requerido se ha finalizado, se tiene que crear un usuario de PostgreSQL. OpenERP se debe utilizar este usuario para conectarse a PostgreSQL.

El super usuario por defecto para PostgreSQL se llama “postgres”. El usuario que se crea será el que se usa en OpenERP, se tiene que iniciar con el usuario de PostgreSQL.

- 195 -

# sudo su - postgres

password:XXXXXXXXXX

postgres$ createuser --createdb --no-createrole --pwprompt openuser

Enterpasswordfornewrole:XXXXXXXXXX

Enteritagain:XXXXXXXXXX

Create Role

postgres$

Asumiendo que se desea crear el rol de openuser.

Explicación de las opciones.

createdb: El usuario puede crear nuevas bases de datos.

username postgres: usará el usuario postgres (super usuario) para crear el usuario.

no-create role: El nuevo usuario no puede crear más usuarios.

pwprompt: permite ingresar una clave para el nuevo usuario.

openuser: el nombre del nuevo usuario.

Ahora se puede iniciar openerp-server. Posiblemente se necesite modificar la configuración de Instalación de OpenERP a nuestras necesidades (SPRL T. , 2009).

Instalación del Cliente (SPRL, 2009).

En Gnu/Linux.

Instalación de paquetes requeridos.

Se necesitas instalar python (mínimo la versión 2.5).

Además se necesita instalar algunas librerías de python:

Gtk y glade (mínimo la versión 2,10), matplotlib, mxdatetime, xml, tz, hippocanvas (Python enlace a hippo-canvas. Hippocanvas esunalibreríabasadaenGTK+2.0,CairoyPango).

Además se necesita un visor de PDF (ejemplo xpdf, acroread, kpdf).

Ejemplo en Debían y derivados.

En Debían las librerías están disponibles por los siguientes paquetes: python, python-gtk2, python-glade2, python-matplotlib, python-egenix-mxdatetime, python-xml, python-tz, python-hippocanvas.

Para instalar las librerías requeridas, se necesita ejecutar el siguiente comando:

$ sudo apt-get install python-gtk2 python-glade2 python-matplotlib python-egenix-mxdatetime python-hippocanvas

Descargar el cliente de OpenERP del website (Open ERP, 2005).

Probar el cliente de OpenERP.

Si se quiere solo probar el cliente no necesitas instalarlo. Solo se descomprime y ejecuta el cliente:

$tar-xzfopenerp-client-6.0.X.tar.gz

$cdopenerp-client-6.0.X/bin

$ python openerp-client.py

Instalación del cliente OpenERP.

El cliente puede ser instalado de manera sencilla usando el archivo setup.py (SPRL T. , 2009).

$tar-xzfopenerp-client-5.0.X.tar.gz

$cdopenerp-client-5.0.0X


Se puede hacer correr con el comando:

$ OpenERP-cliente

Configurar un visor de pdf.

El cliente de OpenERP soporta por defecto los siguientes clientes: evince, xpdf, gpdf, kpdg, epdfview, acroread.

Para pre visualizar un pdf. El cliente intentará buscar uno de estos ejecutables (en ese orden) en su sistema y abrirá los documentos pdf con él.

Por ejemplo, si xpdf, kpdf y anacroread son los visores de pdf instalados en un sistema, el cliente de OpenERP ejecutará xpdf para ver los documentos pdf.

Si se quiere usar otro visor de pdf, o si se quiere que use primero otro visor se puede editar la configuración de OpenERP normalmente localizado en el archivo ~/.terprc se busca la sección [printer].

Y se edita el parámetro softpath. Por ejemplo.

[printer]

softpath = kpdf

Instalación Servidor Web Gnu/Linux.

Instrucciones para Debian y derivados, el procedimiento funcionará con otras distribuciones.

Prerrequisitos.

Python >=2.5.

TurboGears >=1.0.7, <1.1b1.

Dispatch.

Cherrypy >= 3.2.0.

El primer paquete a instalar es:

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$ sudo aptitude install python-dispatch

$ sudo aptitude install python-cherrypy3

TurboGears.

$ sudo apt-get install python-setuptools

$ sudo easy_install TurboGears==1.0.8

O a su vez:

$ wget http://peak.telecommunity.com/dist/ez_setup.py

$ sudo python ez_setup.py

$ sudo easy_install TurboGears==1.0.8

Revisar si TurboGears está instalado apropiadamente.

$ tg-admin info

Se tiene que ver la versión de TurboGears y paquetes relacionados.

Servidor web de OpenERP se lo puede descargar desde la web de OpenERP (Open ERP, 2005).

Probar servidor web de OpenERP.

Si se quiere solo probar el servidor web no necesitas instalarlo. Solo se descomprime y ejecuta el cliente:

$tar-xzfopenerp-web-6.0.X.tar.gz

$cdopenerp-web-6.0.X

$ python openerp-web.py

Instalación del servidor web de OpenERP.

El servidor web puede ser instalado de manera sencilla usando el archivo setup.py.

$tar-xzfopenerp-web-6.0.X.tar.gz

$cdopenerp-web-6.0.X


Se puede hacer correr con el comando:

$ openerp-web

Configuración. Se localiza el archivo config/default.cfg en el directorio EGG, y se deben realizar los cambios según las necesidades:

[openerp]

Server = “localhost”

Port = 8070

Protocol = “socket”

Dónde:

Server: es el host servidor de OpenERP.

Port: es el puerto del servidor de OpenERP.

Protocol: es el protocolo a ser usado (socket, http o https).

Ahora se inicia el servidor web con el siguiente comando:

$ start-openerp-web

Si se ve un mensaje como “cherrypy._cperror.NotReadu: Port not free”. Entonces otra aplicación está usando el puerto específico (8080 por defecto).

Se puede cambiar el puerto modificando el valor server.socket_port en config/default.cfg.

Si todo está bien, se abre un web browser favorito y se escribe http://localhost:8080, y ya se puede ver la página de bienvenida con la ventana de login.

Importante: se debe revisar si los cookies de la web browser están habilitados.

OpenERP server tiene que estar corriendo siempre. Se puede crear una base de datos desde la interface DBAdmin haciendo clic en el botón administrador, se puede ver además el cuadro de selección de la base de datos. Después de crear una nueva base de datos puede logearse con admin/admin o demo/demo para ver a OpenERP en acción (SPRL T. , 2009).

Etapa II: Análisis y diseño para la adaptación de los módulos en la Universidad.

En esta etapa se adopto el proceso unificado racional (Jacobson, Booch, & Rumbaugh, 2000) como estrategia para la adaptación del aplicativo, se analizo los procesos, para determinar los módulos a ser adaptados para la Universidad teniendo en consideración que OpenERP da soporte a todas las áreas de la organización Fig. 2.

Fig. 2. Módulos del Open ERP.

Las funcionalidades proporcionadas por el OpenERP son:

- Gestión de documentos.

- Se conecta con otras aplicaciones.

- Trabaja remotamente: Interfaz Web, Aplicaciones multiplataforma (Linux, Mac, Windows).

- Entorno regular de programación adaptativo rápido de

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aplicaciones (OpenObject).

- SebasaentecnologíaPython/XML.

- Base de datos PostgresSQL.

Cubre las necesidades de las áreas de: Ventas, Compras,almacén,inventario,proyectos,CRM,RecursosHumanos,TPV(TerminalPuntodeVenta),tiendasvirtuales(…)

El RUP se divide en fases2 que se explica a continuación (Jacobson, Booch, & Rumbaugh, 2000).

Fase de Inicio o Estudio de oportunidad.- aquí se analizo los procesos, de la editorial de la Universidad relacionando con los módulos del OERP, que se analizan a continuación.

Módulo de Compras.- Es el encargado de gestionar automáticamente todos los procesos asociados sobre una compra y el abastecimiento, realizando el seguimiento de tarifas de sus proveedores para seleccionar la mejor opción y convertirlas en órdenes de compra para optimizar los costos. También gestiona el proceso de aprovisionamiento conforme a las necesidades actuales y/o futuras, de esta manera evita que la empresa se desabastezca de la materia prima.

MódulodeVentas.-Enelmódulodeventassepersonalizanlos siguientes procesos:

- Recepción de pedidos.

- Registrar el cliente.

- Realizar la cotización.

- Priorizar pedidos según fecha entrega.

- Se realiza él envió y la facturación.

- Cabecera y detalle.

- Dependerá del cliente modo de pago.

- En la factura se detalla impuestos que varían según tipo deproducto,descuentos,IVA.

- Se enviara una copia de la factura a contabilidad.

En el sistema openERP el módulo de ventas y facturación se realizan por separado porque se trata de procesos complejos ya que este sistema está diseñado para grandes empresas, pero al tratarse de una pequeña empresa estos dos procesos deberán simplificarse en uno solo, y disminuir la complejidad de estos.

Módulo de Recursos Humanos.- Permite a la empresa gestionar el personal. Incluye aplicaciones para la gestión de contrataciones o evaluaciones de productividad. También proporciona herramientas para controlar y administrar las asistencias, licencias y registros de horas.

El directorio de empleados agrupa todos los datos relacionados con los empleados: desde sus datos personales y su foto, hasta los costes estimados por hora que se utilizarán para

el tiempo de hojas de asistencia. Cada empleado pertenece a un departamento. Permite definir varios tipos de complementos (vacaciones pagadas, enfermedad, etc...) y gestionarlos ya sea a nivel de empresa, a nivel de departamento.

Gestiona los gastos de los empleados. Cada empleado puede ser asignado a un plan de evaluación. El plan define la frecuencia y la forma en que las evaluaciones periódicas del personal son gestionadas.

Mantiene actualizados a los candidatos sobre su posición en el proceso de contratación.

Módulo de Control de Inventario.- Se encarga de regular en forma óptima las existencias en los almacenes: tanto de materias primas, productos en proceso y terminados, protegiendo a la empresa de costos innecesarios por acumulación o falta de existencias en el almacén.

Módulo de Producción.- Todo texto que se desea publicar (folleto, libros, revista, diario, etc) ya sea en versión digital, debe pasar por determinadas etapas antes de llegar a manos del eventual lector. Esas etapas son las siguientes:

Creación.- Es la escritura del libro.

Transcripción a sistemas de edición.- En este caso, se tendrá que transcribirse a un sistema de edición por computadora; es decir digitalizarlo.

Proyecto de edición, diseño de interiores y exteriores.- Son las características físicas que tendrá el texto.

Traducción en su caso.- Cuando la obra es requerida en otro idioma.

Corrección (Originales o estilo).- Al margen de estar seguro de que ha dejado un texto coherente, toda la información será el susceptible de ser verificada.

Tipografía: La tipografía es el comando del editor para elegir un tipo específico de fuente (letra), el tipógrafo aplicará las características tipográficas tal como lo disponen las normas internacionales de edición y los criterios editoriales y dispondrá estéticamente los elementos del texto dentro del formato correspondiente.

Impresión: Permite imprimir un solo ejemplar o mininas cantidades todas las veces que sea preciso, con una excelente calidad.

Publicación: La publicación es un proceso y una acción de comunicación que se difunde a través de medios de comunicación colectiva, siendo el termino de anuncio su contenido específico. Con la publicidad se pretende a dar a conocer el producto sobre el público consumidor, para influir en su compra y aceptación.

Distribución: La distribución puede ser comercial o gratuita, a gran escala o casera.

Módulo de Contabilidad.- El módulo contable de Open ERP abarca la contabilidad general, las cuentas pendientes de cobro, las cuentas pendientes de pago, la reconciliación bancaria, el control de costes y el control presupuestario. Teniendo en consideración la información que se indica a continuación:

2 Las fases del proceso unificado de desarrollo son: inicio, elaboración, construcción y transición.

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- Definición de la estructura del plan contable.

- Ejercicios, períodos (mensuales, trimestrales).

- Definicionesdeimpuestos(IVA,recargodeequivalencia,retenciones IRPF).

- Plazos de pago.

- Liquidaciones.

- Procesos automáticos de Cierre del año.

- Informes anuales: Balance, pérdidas y ganancias.

Fase de elaboración.

Una vez definida la funcionalidad y capacidad del aplicativo, se analizó la arquitectura del sistema, la misma que consiste en una de tres capas Fig. 1., es decir es una arquitectura cliente – servidor (Fig. 3.), donde el servidor y el cliente se comunican utilizando el protocolo XML-RPC, este protocolo permite alcliente hacer llamadas a procedimientos remotos (Liu, 2004).

Fig.3.ArquitecturaCliente/servidor,XML-RPC.

Para la arquitectura Cliente/servidor se analizo el modelo de objetos físicos (Ver anexoA), todos los recursosdelERP sonobjetos:menúsacciones,informes,facturas,socios(…) (SPRL T. , 2009), además los nombres de los objetos son jerárquicos por ejemplo:

account.transfer: una transferencia de dinero.

account.invoice: una factura.

account.invoice.line: una factura en línea.

Comprendida la estructura y configuración de la aplicación se empezó a trabajar en la adaptación de la aplicación. Para esto se trabajo en la Etapa de Construcción del RUP (Jacobson, Booch, & Rumbaugh, 2000). Aquí se experimento con varias herramientas de desarrollo, hasta poder tener un equilibrio en la codificación porque realmente resulta difícil emprender el desarrollo, sin tener un conocimiento claro del lenguaje de programación (Phyton) en el que esta implementado el OpenERP.

Existen varias herramientas de edición para OpenERP, ya que su framework está desarrollado en python, podemos usar los IDE’s que tiene este lenguaje.

En el desarrollo de los módulos se eligió el editor de textos EMACS. Por ser un editor con gran cantidad de funciones, muy popular entre programadores y usuarios técnicos (Harvey, 2012).

Emacs adapta su comportamiento al tipo de texto que está editando mediante modos de edición llamados “modos mayores” (“major modes”). Los modos mayores se definen para textos de texto ordinario, código fuente para diversos lenguajes de programación, documentos HTML, TeX y LaTeX y muchosotros tipos de texto. Cada modo mayor modifica ciertas variables en Lisp para que Emacs se comporte de forma más conveniente para ese tipo concreto de texto. Habitualmente, definen las tablas para resaltado de sintaxis, usando distintos tipos de letra o colores para mostrar las palabras clave, comentarios, etc. Los modos mayores también ofrecen comandos especiales de edición. Por ejemplo, los modos mayores para lenguajes de programación definen habitualmente comandos para saltar al principio o al final de una función (Wikipedia, 2005).

Adaptación del módulo contable financiero.

El módulo account tal como viene por defecto en OpenERP, nos ayudará a resolver varias áreas del negocio, sin embargo en algunos módulos hay que hacer algunos ajustes para adaptar a las normativas que se tienen localmente.

Este módulo contiene modificaciones directas en el código de tal manera que se incrementen campos como muestra la Fig. 4., Fig.5., estos son:

En el objeto “account_invoice” se ha agregado el campo autorization: permitirá ingresar y controlar las autorizaciones otorgadas por el SRI para las facturas.

En el objeto “res.partner” se han agregado el campo ced_ruc: para el ingreso del número de ruc de nuestros partners y/o clientes.

Este módulo se puede encontrar en Launchpad de ucacue, para instalarlo copiar la carpeta account_ucacue en: PathtoOpenERP/bin/addons/

Además se han creado nuevos objetos con la finalidad de registrar las retenciones, y autorizaciones tanto de las facturas. Los objetos creados están identificados como “accountec.retentions” para las retenciones y “accountec.voucher” para las autorizaciones.

Fig. 4. Campo Nuevo Factura.

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Fig. 5. Campo cedruc en proveedores”. Fuente propia.

La estructura de los objetos está definida de la siguiente manera:

Objeto accountec.voucher

class accountec_voucher(osv.osv): _name = “accountec.voucher” def _check_active(self, cr, uid, ids, name, args, context): res = objs = self.browse(cr, uid, ids) now = datetime.datetime.strptime(time.strftime(“%Y-%m-%d”),’%Y-%m-%d’) for item in objs: due_date = datetime.datetime.strptime(item.expiration_date, ‘%Y-%m-%d’) if item.type_use == ‘internal’: if item.sequence_id: number_next = self.pool.get(‘ir.sequence’).read(cr, uid, [item.sequence_id.id],[‘number_next’]) if now < due_date and number_next[0][‘number_next’] >= item.start and number_next[0][‘number_next’] <= item.end and item.state != ‘cancel’: res[item.id] = True else: res[item.id] = False elif item.type_use == ‘external’: if now < due_date and item.state != ‘cancel’: res[item.id] = True else: res[item.id] = False return res _columns = ‘sequence_id’ : fields.many2one(‘ir.sequence’, ‘Secuencia’, readonly=True,), ‘type_use’: fields.selection([(‘sales’,’Ventas’) ,(‘purchase’,’Compras’), (‘purchase_retention’,’Retenciones Compra’), (‘sale_retention’,’Retención Venta’)],’Tipo uso’,required=True), ‘name’ : fields.char(‘Autorización N.’, size=10, required=True), ‘punto_emission’ : fields.char(‘Punto Emisión’, size=3,required=True, help=”Numero de tres dígitos que define la serie de la sucursal”), ‘emission_serie’ : fields.char(‘Serie Emisión’, size=3,required=True, help=”Numero de tres dígitos que define la serie de la caja”), ‘sequence_start’ : fields.float(‘Desde’, digits=(9,0), required=True), ‘sequence_end’ : fields.float(‘Hasta’, digits=(9,0), required=True), ‘date’ : fields.date(‘Fecha Caducidad’, required=True),

#’active’ : fields.function(_check_active, string = ‘Activo’, method=True, type=’boolean’, # store = ‘accountsri.voucherauth’ : (lambda self, cr, uid, ids, c=:ids, None, 20), # ‘ir.sequence’:(_get_sequence, [‘number_next’],20)), accountec_voucher() Objeto accountec.retentions

class accountec_retentions(osv.osv): _name = “accountec.retentions” _columns= ‘name’ : fields.char(‘Descripción’, size=20, required=True), ‘type’ : fields.selection([(‘internal’,’Interna’),(‘external’,’Externa’)],’Tipo’,required=True), ‘auth’ : fields.many2one(‘accountec.voucher’,’Autorización’, required=True), accountec_retentions()

Vistaymenúsobjetoaccountec.voucheryaccountec.retentions.

<?xml version=”1.0” encoding=”utf-8”?><openerp> <data> <menuitem id=”config_ec_root” name=”ConfiguraciÃ³n Ecuador”/> <record id=”accountec_voucher_form” model=”ir.ui.view”> <field name=”name”>accountec.voucher.form</field> <field name=”model”>accountec.voucher</field> <field name=”type”>form</field> <field name=”arch” type=”xml”> <form string=”Autorizaciones SRI”> <field name=”type_use”/> <field name=”sequence_id”/> <field name=”name”/> <field name=”emission_serie”/> <field name=”punto_emission”/> <field name=”sequence_start”/> <field name=”sequence_end”/> <field name=”date”/> <field name=”active”/> </form> </field> </record> <record id=”accountec_voucher_tree” model=”ir.ui.view”> <field name=”name”>accountec.voucher.tree</field> <field name=”model”>accountec.voucher</field> <field name=”type”>tree</field> <field name=”arch” type=”xml”> <tree string=”Autorizaciones SRI”> <field name=”type_use”/> <field name=”name”/> <field name=”emission_serie”/> <field name=”punto_emission”/> </tree> </field> </record> <record id=”accountec_voucher_action” model=”ir.actions.act_window”> <field name=”name”>Autorizaciones</field>

- 200 -

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B. Resultados.

El equipo ejecutor de OpenERP logro lo siguiente:

- Conformación de equipos de trabajo para la ejecución de la aplicación.

- Requerimientos institucionales para la adaptación del OpenERP.

- Análisis de flujo de procesos de EDUNICA.

- Experimentación del software (OpenERP) en la instalación y configuración.

- Análisis del código fuente para su edición y adaptación a las necesidades de la Univeridad.

C. Discusión

Los sistemas tradicionales realizan sus procesos cada uno en su área, al tratarse de un software propietario no se pude manipular el código por lo tanto no se pueden ajustar a las necesidades de la empresa, los costos son elevados y dependerá del tipo de licenciamiento el pago por los usuarios que usen estas aplicaciones, además que en algunos casos las aplicaciones que necesita nuestra empresa no son compatibles con nuestro sistema operativo.

Los sistemas OpenERP es un software libre siempre opera bajo formatos estándar, que permiten una inter-operatividad más alta entre sistemas, evitando incompatibilidades. El acceso al código fuente permite que tanto hackers como empresas de seguridad de todo el mundo puedan auditar los programas, por lo que la existencia de puertas traseras es ilógica ya que se pondría en evidencia y contraviene el interés de la comunidad y las empresas que trabajan con este software.

Las ventajas especialmente económicas que aportan las soluciones libres a muchas empresas y las aportaciones de la comunidad han permitido un constante crecimiento del software libre. En todos los campos relacionados con seguridad, servidores web y de correo, encriptación de datos, etc... Son mayoría absoluta por su superioridad técnica frente a sistemas propietarios.

III. CONCLUSIONES

El OpenERP permite la integración de todas las áreas funcionales de las organizaciones.

Centraliza la información en un solo repositorio, y si se desea personalizar algún módulo se lo puede realizar porque el código es libre.

Reduce los costos de implementación e implantación porque es software libre desarrollado por una comunidad.

RECONOCIMIENTO

Este proyecto es el resultado del esfuerzo conjunto de autoridades y estudiantes. Por esto agradecemos al Sr. Decano Ing. Diego Cordero Guzmán, el Sr. Gerente de la Editorial Universidad Católica de Cuenca Ing. Javier Coronel, al equipo ejecutor conformado por los estudiantes: Cristian Guamán, Abigail Bravo, Juan Beltran, Leonardo Sarango, XimenaGuamán, Fabián Dumaguala y a los señores de los laboratorios por el constante apoyo a proyecto de investigación de la Unidad académica de Ingeniería de Sistemas Eléctrica y Electrónica.

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IV. REFERENCIAS

[1] Creative Commons. (2011, Julio 13). Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.5 Generic (CC BY-NC-SA 2.5). Retrieved from http://www.guia-ubuntu.org/index.php?title=PostgreSQL

[2] Harvey, G. (2012, Febrero). Gnu emacs - proyects. Retrieved from http://savannh.gnu.org


[4] Kruchen, P. (2000). The Rational Unifed Process: An introduction. New York: Addison Wesley.

[5] Liu, M. (2004). Computacion distribuida. Fundamentos y aplicaciones. Madrid: Pearson Addison Wesley.

[6] Open ERP. (2005). OpenERP s.a. . Retrieved from OpenERP s.a. The software is released under AGPL.: http://www.openerp.com

[7] SPRL, T. (2009). Open Object Developer Book.

[8] SPRL, T. (2009). Open Object Developer Book.

[9] Wikipedia. (2005, Junio 7). Wikipedia. Retrieved from Entornos de desarrollo integrados libres: http://es.wikipedia.org/wiki/Emacs

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ANEXO A

"ucacue" investigaciÓn e ingenierÍa

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