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UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DISTRIBUCION ELECTRICA

MÓDULO VIII PROYECTO: SIMULACION Y OPERACIÓN VIRTUAL DE UNA SUBESTACIÓN ELECTRICA DE BARRA PRINCIPAL Y DE TRANSFERENCIA MEDIANTE EL USO DEL SOFTWARE LABVIEW CURSO: OCTAVO SEMESTRE INTEGRANTES: ENRIQUEZ RENDON NELSON JAVIER PUENTE BOSQUEZ SAMANTHA MARLENE RODRIGUEZ RAMIREZ MERCEDES LISSETTE TAPIA GARCIA CINTHYA CRISTEL VERGARA BAILON JEISON DANIEL DOCENTE: ING. CRISTIAN LAVERDE

QUEVEDO - LOS RÍOS – ECUADOR 2017 – 2018

DATOS GENERALES:

.1. Nombre del Proyecto Integrador

.2.

Período Académico

“ SIMULACION Y OPERACIÓN VIRTUAL DE UNA SUBESTACIÓN ELECTRICA DE BARRA PRINCIPAL

2017 – 2018

Y DE TRANSFERENCIA MEDIANTE EL USO DEL LABVIEW”

.3.

Facultad: Facultad de Ciencias de la Ingeniería

.4.

Escuela: Escuela Eléctrica

.5.

Carrera: Ingeniería Eléctrica

.6.

Nombre del Académico Coordinador del Proyecto Integrador (PI): Ing. Cristian Laverde

Art. 10.- Los requisitos para ser Coordinador del Proyecto Integrador son los siguientes: a) Ser académico de una de las unidades de aprendizaje del módulo. b) Haber recibido capacitación en Modelos Pedagógicos Universitarios. c) Capacidad para trabajar en equipos multidisciplinarios.

.7.

Estudiantes responsables de la elaboración del PI: ENRIQUEZ RENDON NELSON JAVIER PUENTE BOSQUEZ SAMANTHA MARLENE RODRIGUEZ RAMIREZ MERCEDES LISSETTE

i

TAPIA GARCIA CINTHYA CRISTEL VERGARA BAILON JEISON DANIEL Art. 80.-El proyecto integrador (PI) podrá realizarse por varios estudiantes, de acuerdo con los objetivos y la complejidad del tema, siempre que se garantice el trabajo individual de cada uno. .8.

Sitio de realización del PI: Universidad Técnica Estatal de Quevedo Dirección: Km. ½ vía a Santo Domingo de los Tsáchilas, Campus Universitario “Ing. Manuel Haz Álvarez” Teléfono: (593) 5 2 750320

Fax: (593) 5 2

753300

ii

INDICE I.

CAPÍTULO .............................................................................................................................. 5 1.1.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 5

1.2.

JUSTIFICACION............................................................................................................... 6

1.3.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................ 7

1.3.1.

FORMULACION DEL PROBLEMA:........................................................................... 7

1.3.2.

SISTEMATIZACION DEL PROBLEMA: ...................................................................... 7

1.4.

II.

OBJETIVOS ..................................................................................................................... 8

1.4.1.

OBJETIVO GENERAL: .............................................................................................. 8

1.4.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: ....................................................................................... 8

CAPÍTULO .............................................................................................................................. 9

MARCO TEORICO ........................................................................................................................... 9 2.1.

¿QUÉ ES UNA SUBESTACIÓN ELECTRICA? ..................................................................... 9

2.1.1.

Subestaciones de transformación: ........................................................................ 9

2.1.2.

Subestaciones de maniobra: ................................................................................. 9

2.1.3.

Subestaciones transformadoras elevadoras ......................................................... 9

2.1.4.

Subestaciones transformadoras reductoras ......................................................... 9

2.2.

Principales tipos de averías y sus sistemas de protección .......................................... 10

2.2.1.

Cortocircuito:....................................................................................................... 10

2.2.2.

Sobreintensidad: ................................................................................................. 10

2.2.3.

Contacto directo:................................................................................................. 10

2.2.4.

Contacto indirecto:.............................................................................................. 10

2.2.5.

Perturbaciones o Sobretensiones ....................................................................... 10

2.3.

SISTEMAS DE PROTECCION DENTRO DE UNA SUBESTACION ELECTRICA ................... 11

2.3.1.

Pararrayos. .......................................................................................................... 11

2.3.3.

El fusible. ............................................................................................................. 11

2.3.4.

Relé térmico. ....................................................................................................... 11

2.3.5.

Interruptor magnetotérmico............................................................................... 12

2.3.6.

Desconexión por cortocircuito ............................................................................ 12

2.3.7.

Desconexión por sobrecarga. .............................................................................. 12

2.3.8.

Interruptor diferencial......................................................................................... 12

2.3.9.

Interruptor o relé electromagnético. .................................................................. 12

2.3.10.

Seccionadores. .................................................................................................... 12

2.4.

CARACTERÍSTICAS Y CAPACIDADES ............................................................................. 13

2.5.

OPERACIÓN ................................................................................................................. 13

2.5.1.

CONDICIONES GENERALES .................................................................................. 13 iii

2.6.

OPERACIÓN GENERAL DE EQUIPOS DE LA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA. ....................... 16

2.6.1. OPERACIÓN PARA LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA Y AUTOTRANSFORMADOR ..................................................................................................... 16 2.7.

Autómatas de mealy y moore ..................................................................................... 20

2.7.1.

Mealy: .................................................................................................................. 20

2.7.2.

Moore .................................................................................................................. 21

III.

CAPÍTULO ........................................................................................................................ 22

METODOLOGÍA Y DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................. 22 3.1. METODOLOGIA DE INVESTIGACION................................................................................. 22 3.1.1.

Investigación Exploratoria ................................................................................... 22

3.1.2.

Método deductivo ............................................................................................... 22

3.1.3.

¿Qué es LabVIEW?............................................................................................... 23

3.1.4.

¿Cómo trabaja LabVIEW? .................................................................................... 23

3.2. IV.

DESARROLLO ............................................................................................................... 27 CAPÍTULO ........................................................................................................................ 33

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................................... 33 4.1.

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 33

4.2.

RECOMENDACIONES ................................................................................................... 34

4.3.

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 35

Figura 1.- autómata mealy .......................................................................................................... 20 Figura 2.- autómata moore ......................................................................................................... 21 Figura 3.- diagrama de bloques ................................................................................................... 24 Figura 4.- Paletas ......................................................................................................................... 25 Figura 5.- Paleta de herramientas ............................................................................................... 25 Figura 6.- Paleta de funciones ..................................................................................................... 26 Figura 7.- Panel frontal y de programación................................................................................. 27 Figura 8.- diagrama de estados ................................................................................................... 27 Figura 9.- tabla de características y excitación del biestable tipo D ........................................... 28 Figura 10.- circuito lógico para la salida F1 ................................................................................. 30 Figura 11.- Panel frontal de la subestación diseñada ................................................................. 31 Figura 12.- error al operar seccionador con carga ...................................................................... 31 Figura 13.- error al transferir dos cargas al mismo tiempo mediante la barra de transferencia 32

tabla 1.- tabla de cambios de estados......................................................................................... 29

iv

I. 1.1.

CAPÍTULO

INTRODUCCIÓN

Una subestación eléctrica es una instalación compuesta por un conglomerado de dispositivos eléctricos, que se integran dentro de un sistema eléctrico de potencia. Sirve para, convertir, regular y distribuir la energía eléctrica a los distintos puntos donde es demandada. Su objetivo principal es modificar y establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, para facilitar la transmisión y distribución de la energía eléctrica. Está dividida en tres apartados: sección de medición, sección para las cuchillas de paso, sección para el interruptor. Además, incorpora elementos de maniobra (interruptores, seccionadores, etc.) y protección (fusibles, interruptores automáticos, etc.) para facilitar los procesos de mantenimiento y operación de las redes de distribución y transporte. Este trabajo consiste en el desarrollo de un Simulador de Subestaciones Eléctricas mediante Labview. El Proyecto consiste en el estudio de Simulaciones Eléctricas a partir de su simulación, considerando la configuración de conexión barra principal y de transferencia de las Subestaciones. En el capítulo dos del trabajo se presenta una introducción hacia los elementos de la subestación, es decir funciones, operación y maniobras para conocer las acciones y la importancia de ellos dentro de la misma. Teniendo esto claro se procede a la programación en el software Labview. Para el desarrollo de la subestación virtual se utilizará lógica en base a elementos de sistemas digitales, las programaciones de los mismo harán cumplir la función de operación de la subestación. Se procederá a realizar el respectivo diagrama de estados y la tabla del mismo para proceder a programar cada uno de los elementos de la subestación. En la sección de desarrollo se presentará los diagramas tanto de la subestación como el circuito lógico de la misma.

5

1.2.

JUSTIFICACION

Una subestación eléctrica forma parte de un sistema eléctrico de potencia. La principal función de la misma es transformación y distribución de energía eléctrica. La subestación debe modificar y establecer los niveles de tensión para que la energía pueda ser transportada y distribuida. El transformador es el equipo principal de una subestación. Las averías más frecuentes en un sistema eléctrico de potencia son los cortocircuitos, por lo que las subestaciones suelen contar con diferentes sistemas de prevención para afrontarlos. Las fallas que se producen en las subestaciones eléctricas en su gran parte son derivadas por descuidos en sus instalaciones o por un mal mantenimiento, estas pueden evitarse ejecutando un plan de mantenimiento continuo y eficiente. La preparación completa de un ingeniero eléctrico es complementada con la experiencia que va adquiriendo al relacionar de manera práctica lo aprendido de manera teórica, es por ello la necesidad de aprender el proceso de operación y funcionamiento de diversos equipos y sistemas eléctricos. Esta investigación está centrada en el diseño y simulación de una subestación eléctrica con el objetivo de mostrar de manera virtual cómo responden los diferentes elementos de la subestación ante una avería en la red tales como interruptores y seccionadores, y como debe ser su maniobra, además de eso conocer su constitución interna, y la operación en general de la misma al momento de una falla. Se ha elegido este tema de investigación por la falta de utilización de los softwares en el proceso académico formativo de los estudiantes, ya que los mismos son importantes complementos académicos que ayudan a la comprensión real de los diversos sucesos eléctricos que se dan a diario. Con el desarrollo de esta investigación se pretende simular y operar de manera virtual una subestación eléctrica haciendo uso de un software llamado LABVIEW.

6

1.3.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Una subestación eléctrica es un conjunto único de instalaciones, equipos y obras complementarias destinadas a la transferencia de energía eléctrica mediante la transmisión de los flujos de potencia, y a establecer los niveles de tensión adecuados para la transmisión y distribución de energía eléctrica. Durante el proceso académico los estudiantes requieren ampliar sus conocimientos y adquirir más experiencias del campo laboral, las mismas que después le serán útiles en su vida profesional, para ello se necesita incentivar las visitas a diferentes establecimientos encargados de la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica para conocer la operación y funcionamiento de todos los elementos que componen un SEP. El crecimiento académico de la carrera de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Técnica Estatal de Quevedo se limita por la falta de instrumentación práctica, la misma que es importante porque complementa el estudio que es impartido en clases. Con el diseño de la subestación virtual se busca entender la operación en general de una subestación y la función que cumplen los elementos que la conforman mediante la simulación de una falla en la red. 1.3.1. FORMULACION DEL PROBLEMA: ¿De qué manera se puede conocer la respuesta y función de los elementos de una subestación eléctrica al momento de una falla? 1.3.2. SISTEMATIZACION DEL PROBLEMA: 

¿Cuál es la metodología que se va a utilizar para el diseño y operación virtual de la subestación eléctrica?



¿Cómo se va a mostrar la función de los elementos de la subestación eléctrica al momento de una contingencia en la red?



¿Cuál es función y operación de los elementos de una subestación eléctrica?

7

1.4.

OBJETIVOS

1.4.1. OBJETIVO GENERAL: Simular la operación de una subestación eléctrica de barra principal y de transferencia mediante el software LABVIEW. 1.4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS: 

Diseñar una subestación virtual mediante el software LABVIEW.



Simular el comportamiento de la subestación eléctrica ante una falla en la red.



Conocer la función y operación de todos los elementos que componen la subestación eléctrica.

8

II.

CAPÍTULO

MARCO TEORICO 2.1.

¿QUÉ ES UNA SUBESTACIÓN ELECTRICA?

Las subestaciones eléctricas son las instalaciones encargadas de realizar transformaciones de la tensión. Estas se encuentran junto a las centrales generadoras y en la periferia de las zonas de consumo, en el exterior o interior de los edificios. Actualmente en las ciudades las subestaciones están en el interior de los edificios para ahorrar espacio y contaminación. En cambio, las instalaciones al aire libre están situadas en las afueras de la ciudad. [1] Las subestaciones pueden ser de dos tipos: 2.1.1. Subestaciones de transformación: son las encargadas de transformar la energía eléctrica mediante uno o más transformadores. Estas subestaciones pueden ser elevadoras o reductoras de tensión. [1] 2.1.2. Subestaciones de maniobra: son las encargadas de conectar dos o más circuitos y realizar sus maniobras. Por lo tanto, en este tipo de subestaciones no se transforma la tensión. [1] 2.1.3. Subestaciones transformadoras elevadoras Elevan la tensión generada de media a alta o muy alta para poderla transportar. Se encuentran al aire libre y están situadas al lado de las centrales generadoras de electricidad. La tensión primaria de los transformadores suele estar entre 3 y 36kV. Mientras que la tensión secundaria de los transformadores está condicionada por la tensión de la línea de transporte o de interconexión (69, 138, 230 y 500 kV). [1] 2.1.4. Subestaciones transformadoras reductoras Son subestaciones con la función de reducir la tensión de alta o muy alta a tensión media para su posterior distribución. La tensión primaria de los transformadores depende de la tensión de la línea de transporte (69, 138, 230 y 500 kV). Mientras que la tensión secundaria de los transformadores está condicionada por la tensión de las líneas de distribución (entre 6 y 30kV). [1]

9

2.2.

Principales tipos de averías y sus sistemas de protección

Las averías más frecuentes que se producen en los circuitos eléctricos son: 2.2.1. Cortocircuito: Es una conexión de poca impedancia entre dos puntos entre los que existe una diferencia de potencial, dando lugar a una corriente de intensidad elevada en comparación con la corriente que soporta los componentes del eléctrico [2] .Estas averías se tienen que eliminar en un tiempo inferior a los 5 segundos. [1] Los sistemas de protección utilizados son: 

Fusibles. [1]



Seccionadores. [1]



Interruptores electromagnéticos. [1]

2.2.2. Sobreintensidad: es una intensidad superior a la nominal y puede producir a su tiempo una sobrecarga o un cortocircuito. Se entiende por sobrecarga un aumento de corriente que sobrepasa la corriente nominal. [1] Los sistemas de protección utilizados son: 

Fusibles [1]



Interruptores electromagnéticos y magnetotérmicos. [1]

2.2.3. Contacto directo: es el contacto entre personas y partes activas de la instalación. Los sistemas de protección utilizados son: [1] 

Aislar las partes activas de la instalación. [1]



Habilitar

una

distancia

de

seguridad

mediante

obstáculos. [1] 2.2.4. Contacto indirecto: contacto de personas con masas que se encuentran accidentalmente en tensión, como por ejemplo suele pasar con las carcasas de las máquinas eléctricas. La protección contra contactos indirectos más utilizada es la que combina el interruptor diferencial con las masas de tierra. [1] 2.2.5. Perturbaciones o Sobretensiones: tensiones superiores al valor máximo que pueden existir entre dos puntos de una instalación eléctrica. Para evitar las sobretensiones se utilizan relés de protección contra sobretensiones. [1] 10

2.3.

SISTEMAS DE PROTECCION DENTRO DE UNA SUBESTACION ELECTRICA

Es necesario tener sistemas de protección a las diferentes instalaciones eléctricas, como son: 2.3.1. Pararrayos. Es la protección utilizada para descargas atmosféricas dentro de una subestación, no es más que un dispositivo que colocado en lo alto de un edificio, dirigen al rayo a través de un cable hasta la tierra para que no cause desperfectos. Un sistema de protección contra descargas, llamado de pararrayos, debe: [3] a) Capturar el rayo en el punto diseñado para tal propósito llamado terminal aérea. [3] b) Conducir la energía de la descarga a tierra, mediante un sistema de cables conductores que transfiere la energía de la descarga mediante trayectorias de baja impedancia. [3] c) Disipar la energía en un sistema de terminales (electrodos) en tierra. [3] 2.3.2. Cortacircuitos fusible. Son dispositivos destinados a cortar automáticamente el circuito eléctrico cuando la corriente eléctrica que los atraviesa es muy alta. [1] 2.3.3. El fusible. Es la parte de un circuito que se funde si pasa de una intensidad superior para la que se construyó. El fusible es solo la lámina o hilo conductor destinado a fundirse y, por lo tanto, a cortar el circuito, mientras que el cortacircuitos fusible comprende, además, la carcasa, los materiales de soportes, etc. [1] 2.3.4. Relé térmico. Dispositivo de protección que tiene la capacidad de detectar las intensidades no admisibles. Por sí solo no puede eliminar la avería y necesita otro elemento que realice la desconexión de los receptores. Se suele utilizar una lámpara de señalización al cerrar el circuito para indicar que el relé térmico ha actuado debido a una sobreintensidad no admisible. [1]

11

2.3.5. Interruptor

magnetotérmico.

Dispositivo

electromecánico

con

capacidad para cortar, por sí mismo, las sobre intensidades no admisibles y los cortocircuitos que se puedan producir. [1] 2.3.6. Desconexión por

cortocircuito.

Actúa

por

principio

de

funcionamiento magnético. Una bobina magnética crea una fuerza que por medio de un sistema de palancas se encarga de abrir el contacto móvil (entrada de corriente). Si la corriente eléctrica que atraviesa el interruptor automático supera la intensidad nominal de distintas veces, su apertura tiene lugar a un tiempo inferior a 5 ms. [1] 2.3.7. Desconexión por sobrecarga. En este caso actúa por principio de funcionamiento térmico. Un bimetal se curva cuando es atravesado por una sobreintensidad no admisible y origina una fuerza que se transmite por medio de palancas y desconecta el contacto móvil. El tiempo de actuación lo determina la intensidad que lo atraviesa: a más intensidad menos tiempo tarda en actuar. [1] 2.3.8. Interruptor diferencial. Dispositivo de protección que detecta y elimina los defectos de aislamiento. Este dispositivo tiene mucha importancia en las instalaciones eléctricas y necesita estar protegido de las sobre intensidades y cortocircuitos, colocando un interruptor magnetotérmico antes del mismo. Durante el funcionamiento de este dispositivo en situaciones de normalidad, la corriente que entra en un receptor tiene el mismo valor que el que sale de este. [1] Sin embargo, en caso de que haya un defecto de aislamiento, se producirá un desequilibrio entre la corriente de entrada y la de salida; la variación de corriente no será nula. El interruptor diferencial actúa abriendo el circuito cuando detecta que esta variación de corriente no es nula. [1] 2.3.9. Interruptor o relé electromagnético. Protegen las instalaciones eléctricas sometidas a picos de corriente fuertes (por ejemplo, cuando se arrancan motores en aparatos de elevación), contra las sobrecargas importantes. [1] 2.3.10.

Seccionadores. Dispositivo mecánico de conexión y desconexión

que permite cambiar las conexiones del circuito para aislar un elemento de la red eléctrica o una parte de la misma del resto de la 12

red. Antes de poder utilizar el seccionador se debe cortar la corriente eléctrica del circuito. [1] 2.4.

CARACTERÍSTICAS Y CAPACIDADES

 Flujo de carga y caída de tensión. [4]  Cálculo de cortocircuito. [4]  Análisis de contingencias simples con restablecimiento. [4]  Modelación de subestaciones y de subredes. [4]  Análisis de redes secundarias malladas. [4]  Verificación de la coordinación de los dispositivos de protección. [4]  Análisis de protección contra fallas mínimas. [4]

2.5.

OPERACIÓN

2.5.1. CONDICIONES GENERALES 2.5.1.1.

Comunicación, reportes y relación de la Empresa con el Centro de Control de Energía.

El Jefe de Operación y Manejo Eléctrico de la Subestación será el enlace con las entidades externas que se deban vincularse para trabajos que se debieran comunicarse con las empresas afines. Toda interacción sobre la operación de la Subestación, bajo condiciones normales en conexión al Sistema Interconectado, deberá ser canalizada y notificada por el operador al Jefe de Operación y Manejo Eléctrico y este si lo es necesario al Centro de Control de Energía, previa anticipación y cumplimiento de documentación que respalde las actividades que se requiera. [5] 2.5.1.2.

Análisis de Fallas

Se debe establecer una metodología de registro de información y de análisis de las fallas que ocurran en la Subestación Eléctrica que determinen causas, consecuencias y las medidas adoptadas para evitar la repetición de la falla. Los datos correspondientes al evento deberán ser enviados al Jefe de Operación y Manejo Eléctrico por parte del operador lo antes posible. En la comunicación se establecerá la posible falla para el respectivo análisis con un flujo, capaz que 13

esta permita una rápida identificación de la falla y sus medidas correctivas para lograr una operación aceptable post falla, y para efectivizar las medidas que permitan evitar, en lo posible, situaciones semejantes en el futuro. Si la falla analizada provoca cambios en la red, cortes de demanda, actuación de alarmas, falsas actuaciones de protecciones, normalización dificultosa o prolongada del sistema, su análisis abarca, un análisis mas detenido, inclusive en caso de que la falla sea simple, se pueda definir en forma clara las causas. [5] 2.5.1.3.

Operación en Condiciones Normales

Día a día se registrará las actividades, datos realizados con los equipos o las maniobras que se realicen en la Subestación o específicamente en los equipos, con esto se podrán verificar las frecuencias del control, de fallas y novedades sincronizadas con el correspondiente el Jefe de Operación y Manejo Eléctrico que supervisará el cumplimiento de los procedimientos. Para todo tipo de movimiento de carga que involucre operar elementos del sistema de la Bahía o S/E, el Jefe de Operación y Manejo Eléctrico avisará sobre su intención al Jefe Departamental de cada una de las plantas de la Empresa para coordinar paras y evitar pérdidas o daños en los equipos. [5] Para el caso de requerir cortes no programados en la Subestación que impliquen cargas considerables, se deberá comunicar al CENACE y seguir procedimiento para desconectar, notificar la causa de salida y novedades de los equipos. [5] 2.5.1.4.

Operación en condiciones de Emergencia

Se entenderá como condición de emergencia aquella condición en la cual los parámetros de tensión, frecuencia o carga en la red, salen de los rangos establecidos afectando la calidad del servicio y poniendo en riesgo los equipos y en consecuencia la estabilidad del sistema interconectado o aquella condición en que una instalación del distribuidor se ve en peligro por hasta por un agente externo (incendios, inundaciones, temblores, erupción volcánica, etc.) En caso de salidas de unidades del Sistema Nacional Interconectado [5] Durante una situación de emergencia que pueda involucrar la salida total de la Subestación del Sistema Nacional Interconectado, la operación será en conjunto

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entre el CENACE y los Centros de Control (COT) para poder suspenderse a criterio. [5] Para esto, el CENACE indicará a los Centros de Control sobre el ingreso a tal situación. A partir de ese instante toda maniobra de los sistemas de distribución estará supeditada a las instrucciones del CENACE, quien dará las instrucciones necesarias a través del Centros de Operación CELEC-TRASELECTRIC (COT) a los operadores de la Subestación, para llevar el instructivo de emergencia de la mejor manera para determinar condiciones de estabilidad para reconexión. [5] Si la condición de emergencia es exclusiva de una subestación de distribución el operador de la subestación podrá interrumpir el servicio de inmediato para preservar las instalaciones involucradas, informando a la brevedad al CENACE, vía el Jefe de Operación y Manejo Eléctrico, o directamente si el Jefe estuviere ausente. [5] 2.5.1.5.

Maniobras realizadas para Normalizar el Servicio

En este punto se debe indicar las principales maniobras realizadas en las redes de Alta Tensión y las principales en las de tensiones menores para llegar a la configuración normal, en orden cronológico e indicando horario de ocurrencia de cada una de ellas. Se deberán también incluir, cuando corresponda, comentarios u observaciones sobre las posibles dificultades que se presentaron en la normalización del sistema y que ocasionaron retardos en la misma, ya sea de carácter operativo, de comunicaciones o de falla de algún equipamiento [5] 2.5.1.6.

Análisis de las Actuaciones de Protecciones.

Se debe realizar un análisis de los eventos ocurridos, indicando qué protecciones actuaron de acuerdo a lo previsto y cuáles no, consecuencias de la falla en las protecciones si las hubiera. [5] 2.5.1.7.

Inspección visual en la Operación.

Se efectúa diariamente con la operación, sin desenergizar, no utiliza herramientas ni instrumentos en la mayor parte de los casos, y como su nombre lo indica consiste sólo en inspecciones visuales. Tiene la finalidad de revisar visualmente el estado exterior de los equipos, anotándose en una bitácora los 15

resultados de dicha inspección y se los dará un calificativo del estado y para cada uno de los equipos se dará como instructivo lo que se va observar. El calificativo será el siguiente: [5] 

Grave (G): Significa un estado de avería del equipo mostrado en el exterior, que implicará informe para programación de mantenimiento correctivo. Ejemplos para relacionar el estado para la calificación: Cimientos quebrados, falta de perfiles o pernos de la estructura, perfiles dañados, conexión a tierra suelta, cables sueltos (no aislados) en el mando, baja densidad en las celdas del banco de baterías, manchas graves de aceite, fuga del aislante (SF6, aceite), porcelanas seriamente dañadas, rotas o fogueadas, daños en anillos equipotenciales. [5]



Leve (L): Significa que el daño es menor, avería menor que puede solucionarse cuando se efectúe el informe para mantenimiento programado y se relacionara con problemas así: leve daño en porcelanas, polvo en el mando, daños menores en el mando, aisladores rajados, manchas leves de aceite o de óxido, polvo en las porcelanas, falta de señalización de seguridad, el patio no está limpio, visores de aceite sucios [5]



Sin novedad (Sn): Significa que el equipo está en buen estado, visto exteriormente, implica la ausencia de los casos antes señalados. [5]

2.6.

OPERACIÓN GENERAL DE EQUIPOS DE LA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA. 2.6.1. OPERACIÓN PARA LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA Y AUTOTRANSFORMADOR Los transformadores eléctricos son equipos que, como otros, envuelven cuidados especiales que deben ser tomados como condición de funcionamiento y duración satisfactoria. Se espera obtener un rendimiento óptimo por tal motivo se requiere las instrucciones debidas para que, desde el momento de energizar el transformador, el mismo sea mantenido en condiciones que resulten en un desempeño que corresponda a todas las expectativas. [5] 2.6.1.1. Normalización Mientras no se indique explícitamente lo contrario dentro de estas especificaciones, los Transformadores y Autotransformador deben

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satisfacer en general las normas aplicables particulares de la publicación IEC 76 [5] 2.6.1.2. Observaciones de Transformador de potencia Construcciones civiles, tanque, conexión a tierra, porcelanas de los bushings, limpieza general, tanque conservador, radiadores, ventiladores, silica-gel, relé Buchholz, cambiador de taps, manómetro, tacómetro, nivel de aceite, indicador de temperatura, caja de control, temperaturas de aceite y devanados. [5] 2.6.1.3. Las consideraciones de operación. 

Temperatura ambiente y elevación. Para efectos de operación es muy importante la temperatura ambiente, el enfriamiento del aceite dieléctrico se enfría por aire por tal motivo la temperatura ambiente no deberá exceder de 40 ºC. [5]



Cambiador de Derivaciones. Esta la capacidad que posee los transformadores con el fin de regular la tensión bajo anomalías del sistema, cuentan con 4 devanados de 2.5% de la tensión nominal, 2 superiores y 2 inferiores para fines de regular las tensiones de salida. [5]

Mientras que el Autotransformador posee un sistema de intercambiador de derivaciones automático y bajo carga, este realizara la regulación por si solo, pero se debe estar pendiente de su funcionamiento, este tiene un solo devanado, pero cuenta con 24 puntos para regular tensión 12 arriba y 12 abajo. [5] 

Verificación del nivel del aceite dieléctrico: El aceite aislante o dieléctrico del transformador y del conmutador bajo carga en cada caso este habrá que ver si el nivel es el correcto, basta con observar en el tanque del conservador si está correcto, si hay necesidad de completar hay que realizar un reporte de anomalías para dar trámite a la falencia. [5]



Verificación de la existencia de pérdida de aceite dieléctrico:

Es muy fundamental, aunque durante el período de instalación del transformador se ha efectuado inspecciones para verificar existencia de pérdidas, se recomienda que, se realice con la frecuencia estipulada en la tabla de mantenimiento, aun mas durante la primera semana de funcionamiento, estas

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sean repetidas, debido al aumento de fluidez del líquido aislante ocasionado por el aumento normal de temperatura del transformador en funcionamiento. [5]





Puntos que deberán ser examinados:



Válvulas de drenaje



Válvulas de muestreo



Válvulas de los radiadores



Tapas del transformador



Ventanas de inspección laterales



Accionamiento del conmutador caso sea lateral.

Verificación del nivel de ruido: Las vibraciones de un transformador en servicio además del ruido interno normal que ocasionan, actúan también sobre los elementos acoplados al mismo, tales como tuberías del cableado y ventiladores. [5]



Verificación de elevación de temperatura: El transformador es normalmente provisto de termómetro del aceite dieléctrico y termómetro del devanado. Las lecturas de estos termómetros deben ser registradas diariamente durante los primeros días después de la puesta en marcha, luego la frecuencia cambiará, bien como la temperatura ambiente. Sobrecargas y respuesta de los indicadores de temperatura: La temperatura del aceite dieléctrico y de los devanados se debe mantener dentro de los límites especificados, como indica en la placa del transformador. La potencia nominal asociada con temperatura ambiente media, y la altitud deben ser respetadas para mantener la temperatura del líquido aislante y de los devanados dentro de los valores normales. [5] El indicador de temperatura del devanado tiene una respuesta rápida a sobrecargas y provee una mejor protección, aunque sea para cortos periodos porque el sistema de imagen térmica está basado en la variación de corriente de operación del transformador. [5]



Temperatura Ambiente Excesiva: La temperatura ambiente es la temperatura de referencia para las elevaciones de temperatura permitidas por la norma. Si el aumento es excesivo, va a repercutir en la temperatura

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mostrada en los termómetros. En este caso, se debe mejorar la ventilación en el ambiente, principalmente en transformadores para uso interno. [5] 

Ventilación suficiente: Si ocurre un aumento de temperatura excesivo, verificar si el sistema de enfriamiento está operando satisfactoriamente para dar ventilación necesaria [5]



Verificar los deshumificadores de aire: Todos los transformadores eléctricos del tipo no sellado son dotados de respiraderos. La finalidad de este accesorio es ecualizar la presión interna del transformador con la atmosférica, permitiendo la entrada y salida de aire conforme el aceite dieléctrico se dilata o se contrae en función del ciclo térmico. En este respiradero esta acoplada una envoltura de sílica-gel, que es muy útil para la deshumidificación del aire que entra en el transformador. [5] La sílica gel, es altamente higroscópica, que posee un período de actuación en el fin del cual la misma queda saturada de humedad, cuando entonces necesite ser sustituida. El indicativo de esta saturación es dado por el color que pasa de blanco o azul (buenas condiciones) para rosado (saturado). [5]



Verificación del funcionamiento de los ventiladores: Todos los ventiladores deben ser accionados por la llave conmutadora "automáticomanual" que existe dentro la caja de control y en la sala de comando. Esta llave estará normalmente en la posición Automático. Se debe entonces conmutarla para posición Manual, observar si todos los ventiladores están funcionando y si el sentido del movimiento del aire es en dirección a los radiadores. [5]



Ensayo aceite dieléctrico: Para este ensayo, es necesario tomar una muestra directa del aceite dieléctrico del transformador, esta tarea sólo podrá ser realizada por personas de contratación caso explícito de la subestación, pero se tomará en cuenta las siguientes consideraciones: o Deberá ser ejecutada en días de poco viento y baja humedad en el aire. o Las muestras de transformadores con conservador, deben ser tomadas con el transformador en funcionamiento en sus condiciones normales. Esto es importante para conocerse la producción de gas. 19

o La muestra debe ser recogida por personal especializado, en frasco de vidrio ámbar, con las paredes libres de porosidades. o El vidrio deberá estar temperado, con capacidad para 2 litros aproximadamente, de boca de 32mm y tapa de vidrio esmerilado de padrón internacional. o Llenar el frasco, fijar la tapa para transporte e identificar apropiadamente, antes de su utilización, los frascos deben ser lavados, y preparados. Para el análisis cromatográfico se debe utilizadas jeringas, para retirada de muestra de aceite, (jeringas de vidrio). De cualquier forma el ponto de retirada debe ser escogido dónde la muestra sea representativa y no sujeta a modificaciones, tales como las debidas por cavitaciones de bombas de aceite. 

La Prueba de aceite dieléctrico: Si por acaso el líquido aislante no presente condiciones de norma para funcionamiento, se debe proceder según las instrucciones específicas sobre el aceite. [5]

2.7.

Autómatas de mealy y moore

Mealy: las salidas están en función de dos, el estado presente y las entrada. • Moore: Las salidas están en función del estado presente solamente 2.7.1. Mealy: Dado el estado actual Q. Si llega un valor a la entrada el circuito de lógica / combinacional (L/C) calcula el estado siguiente y la salida. Cuando llega un pulso de reloj, se captura el nuevo estado. Defecto: Con el pulso de reloj se captura el nuevo estado y el L/C recalcula otro estado y una nueva salida.

Figura 1.- autómata mealy

20

2.7.2. Moore: Los estados de los circuitos son también las salidas del mismo. Es muy usado para generar secuencias de conteo ya que requiere menos circuitos combinacionales. En la máquina de moore, la salida se toma directamente del registro, por lo que no necesita lógica combinacional para sintetizar la salida.

Figura 2.- autómata moore

21

III.

CAPÍTULO METODOLOGÍA Y DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN

3.1. METODOLOGIA DE INVESTIGACION Para el presente proyecto se realizaron varios métodos para el correcto desempeño en la ejecución de nuestro trabajo, de los cuales podemos destacar: 3.1.1. Investigación Exploratoria Ésta investigación se basa en la recopilación de información que brindan los libros acerca del tema y datos disponibles en línea. Éste proyecto fue basado en información de libros bibliográficos y diferentes páginas web, de donde se obtuvo la recopilación de datos que serían de mucha utilidad para llevar a cabo nuestro objetivo. 3.1.2. Método deductivo Él método deductivo ayuda a la formulación de la hipótesis. Para el cumplimiento del objetivo de la investigación se va a realizar una programación en LabVIEW. A continuación, presentamos la descripción de esta herramienta. LabVIEW constituye un revolucionario sistema de programación gráfica para aplicaciones que involucren adquisición, control, análisis y presentación de datos. [6] Las ventajas que proporciona el empleo de LabVIEW se resumen en las siguientes:  Se reduce el tiempo de desarrollo de las aplicaciones al menos de 4 a 10 veces, ya que es muy intuitivo y fácil de aprender. [6]  Dota

de

gran

flexibilidad

al

sistema,

permitiendo

cambios

y

actualizaciones tanto del hardware como del software. [6]  Da la posibilidad a los usuarios de crear soluciones completas y complejas. [6]  Con un único sistema de desarrollo se integran las funciones de adquisición, análisis y presentación de datos. [6] 22

 El sistema está dotado de un compilador gráfico para lograr la máxima velocidad de ejecución posible. [6]  Tiene la posibilidad de incorporar aplicaciones escritas en otros lenguajes. [6] 3.1.3. ¿Qué es LabVIEW? LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) es un lenguaje de programación gráfico para el diseño de sistemas de adquisición de datos, instrumentación y control. Labview permite diseñar interfaces de usuario mediante una consola interactivo basado en software. Usted puede diseñar especificando su sistema funcional, su diagrama de bloques o una notación de diseño de ingeniería. Labview es a la vez compatible con herramientas de desarrollo similares y puede trabajar con programas de otra área de aplicación, como por ejemplo Matlab. Tiene la ventaja de que permite una fácil integración con hardware, específicamente con tarjetas de medición, adquisición y procesamiento de datos (incluyendo adquisición de imágenes). [7] 3.1.4. ¿Cómo trabaja LabVIEW? Los programas desarrollados mediante LabVIEW se denominan Instrumentos Virtuales (VIs), porque su apariencia y funcionamiento imitan los de un instrumento real. Todos los VIs tienen un panel frontal y un diagrama de bloques. Las paletas contienen las opciones que se emplean para crear y modificar los VIs. A continuación, se procederá a realizar una somera descripción de estos conceptos. [6] 

PANEL FRONTAL

Se trata de la interfaz gráfica del VI con el usuario. Esta interfaz recoge las entradas procedentes del usuario y representa las salidas proporcionadas por el programa. Un panel frontal está formado por una serie de botones, pulsadores, potenciómetros, gráficos, etc. Cada uno de ellos puede estar definido como un control (a) o un indicador (b). Los primeros sirven para introducir parámetros al VI, mientras que los indicadores se emplean para mostrar los resultados producidos, ya sean datos adquiridos o resultados de alguna operación. [6]

23

DIAGRAMA DE ESTADOS El diagrama de bloques constituye el código fuente del VI. En el diagrama de bloques es donde se realiza la implementación del programa del VI para controlar o realizar cualquier procesado de las entradas y salidas que se crearon en el panel frontal. A continuación, se presenta un ejemplo de lo recién citado: [6]

Figura 3.- diagrama de bloques

(a)Función. [6] (b) Terminales (control e indicador). [6] (c) Estructura. [6] El diagrama de bloques se construye conectando los distintos objetos entre sí, como si de un circuito se tratara. Los cables unen terminales de entrada y salida con los objetos correspondientes, y por ellos fluyen los datos. [6] 

PALETAS

Las paletas de LabVIEW proporcionan las herramientas que se requieren para crear y modificar tanto el panel frontal como el diagrama de bloques. Existen las siguientes paletas: Paleta de herramientas (Tools palette) Se emplea tanto en el panel frontal como en el diagrama de bloques. Contiene las herramientas necesarias para editar y depurar los objetos tanto del panel frontal como del diagrama de bloques. [6]

24

Figura 4.- Paletas



PALETA DE CONTROLES

Se utiliza únicamente en el panel frontal. Contiene todos los controles e indicadores que se emplearán para crear la interfaz del VI con el usuario. [6]

Figura 5.- Paleta de herramientas



PALETA DE FUNCIONES

Se emplea en el diseño del diagrama de bloques. La paleta de funciones contiene todos los objetos que se emplean en la implementación del programa del VI, ya sean funciones aritméticas, de entrada/salida de señales, entrada/salida de datos a fichero, adquisición de señales, temporización de la ejecución del programa. [6]

25

Figura 6.- Paleta de funciones



PROGRACION EN LABVIEW

Cuando usted diseña programas con Labview está trabajando siempre bajo algo denominado VI, es decir, un instrumento virtual, se pueden crear VI a partir de especificaciones funcionales que usted diseñe. Este VI puede utilizarse en cualquier otra aplicación como una subfunción dentro de un programa general. Los VI's se caracterizan por: ser un cuadrado con su respectivo símbolo relacionado con su funcionalidad, tener una interfaz con el usuario, tener entradas con su color de identificación de dato, tener una o varias salidas y por su puesto ser reutilizables. [7] Diseñe la interfaz de usuario a partir de su código. En el ambiente de trabajo de Labview existen dos paneles, el panel frontal y el panel de programación ó diagrama de bloques; en el panel frontal se diseña la interfaz con el usuario y en el panel de programación se relacionan los elementos utilizados en la interfaz mediante operaciones que determinan en sí cómo funciona el programa o el sistema, exactamente es la parte donde se realizan las especificaciones funcionales. [7]

26

Figura 7.- Panel frontal y de programación

3.2.

DESARROLLO

Nuestra programación se hará aplicando sistemas digitales, es decir utilizando elementos tales como compuertas AND, OR BIESTABLES etc. Por lo que como se explicó en el capítulo 2, mediante el método de MEALE Y MOORE, se procede a elaborar nuestro diagrama de estados que especifiquen todas las acciones que puedan ocurrir al presentarse diversas situaciones, y por ende su tabla de estados. Para el diseño de este proyecto se lo realizo mediante dos estados los cuales son el estado OFF (0) que indica que la carga a la cual se debe alimentar esta desconectada y el estado ON (1) donde se indica que la carga está conectada a la subestación eléctrica, el diagrama de estados de la subestación diseñada se lo presenta en la figura 6

Figura 8.- diagrama de estados

27

Para saber cuáles son las variables de entrada las cuales harán cambiar los estados respectivos de apagado a encendido y viceversa son las siguientes 

A= SECCIONADOR 89-1



B= SECCIONADOR 89-2



C= SECCIONADOR 89-5



D= SECCIONADOR 89-6



E= INTERRUPTOR 52-1



F= INTERRUPTOR 52-3



Q= EL ESTADO ANTERIOR



Q(t+1) = ESTADO SIGUIENTE



F1= INDICA SI LA CARGA ESTA ENCENDIDA



F2= INDICA QUE EL SECCIONADOR NO PUEDE OPERAR BAJO CARGA



D= ENTRADA PARA ALIMENTACION DEL BIESTABLE

El biestable que se usa en este diseño es el tipo D

Figura 9.- tabla de características y excitación del biestable tipo D

En la siguiente tabla se indica los valores que tomaran cada una de las variables y salidas para que el circuito a diseñar funcione.

28

ENTRADAS A 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0

B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1

C 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1

D 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0

E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0

F 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

ESTADO SIGUIENTE Q(t+1) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

SALIDAS F1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0

F2 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1

D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

tabla 1.- tabla de cambios de estados

29

Cuando la variable toma el valor de 1 significa que la entrada o salida esta activada si la variable toma el valor de 0 significa que la entrada o salida se encuentra desactivada. Una vez obtenida la tabla con la cual se saben los valores de las variables se hace la reducción de términos y se obtienen los siguientes valores para las salidas F1, F2 y la entrada del biestable tipo D, estos valores de los dan en una suma de productos.



F1= (B*C*D*~E*F) + (A*~B*~C*~D*E*~F) + (A*E*~F*G) + (A*B*C*D*E*G)



F2= (~B*~C*~D*~E*F*~G) + (~A*B*C*~D*~E*F*G) + (~A*B*~C*D*~E*F*G) + (~A*~B*C*D*~E*F*G) + (~A*B*C*D*E*F*G) + (~A*~B*~C*~D*E*~F) + (~A*~B*~C*~D*~E*F) + (A*~D*E*F*G) + (A*~C*E*F*G) + (A*~B*E*F*G)



D= (~A*~B*~C*~D*~E*F*G) + (~B*~C*~D*E*~F*G) + (~A*C*D*~E*F*G) + (~A*B*D*~E*F*G) + (~A*B*C*~E*F*G) + (B*C*D*~E*F) + (B*C*D*F*G) + (A*~B*~C*~D*E*~F) + (A*E*G)

Obtenida la suma de productos de las salidas y entradas se procede al diseño de la subestación en el software, en la imagen se indica la conexión de estas variables con las compuertas lógicas

Figura 10.- circuito lógico para la salida F1

30

En el panel frontal del software se tiene el esquema de barra principal y de transferencia donde se la indica en la imagen

Figura 11.- Panel frontal de la subestación diseñada

En el momento cuando ocurre una falla o tienda a producirse una falla, como por ejemplo se quiera activar un seccionador bajo carga exista una señal que indica que no se puede realizar esa operación al menos que se halla abierto un interruptor

Figura 12.- error al operar seccionador con carga

En los esquemas de barra principal y de transferencia no se puede alimentar dos o más cargas al mismo tiempo mediante la barra de transferencia, entonces cuando ocurra esto también se indicará una señal donde diga que no se puede alimentar las dos cargas al mismo tiempo. 31

Figura 13.- error al transferir dos cargas al mismo tiempo mediante la barra de transferencia

32

IV.

CAPÍTULO

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1.

CONCLUSIONES

Al finalizar el trabajo investigativo se concluye que: 

Se diseñó una subestación de barra principal y de transferencia en el software Labview, la programación de la misma se efectuó por medio de compuertas lógicas y del uso del método de MEALY Y MOORE, el mismo que se estudió en la materia anterior de sistemas digitales.



Dentro de la operación de la subestación se procedió a simular una contingencia o falla en la misma, y se pudo observar la actuación de los diversos elementos que la componen como los seccionadores y disyuntores, recordando que la función de los mismos fue programada en base al diagrama de estado del sistema que se desarrolló.



En el capítulo dos se presentó las funciones de cada uno de los elementos que componen una subestación, además de ello se mostró las condiciones de operación y de maniobra de los mismos en lo referente a la operación de la subestación.

33

4.2. 

RECOMENDACIONES

Realizar cursos de Labview para tener un conocimiento más amplio dentro de su uso y aplicación



Mejorar el programa, de modo que este tenga la oportunidad de mostrar la operación de los diversos tipos de esquemas de conexiones que hay en una subestación eléctrica.



Estudiar los diversos elementos que se utilizan en la programación con sistemas digitales, como compuertas and, or, biestables etc., para que al momento de su programación no se les complique la operación de los mismos.

34

4.3.

BIBLIOGRAFÍA

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interactivos/el-transporte-de-electricidad/xvi.-las-subestaciones-electricas. [Último acceso: 21 06 20 [2] ECURED, «ECURED,» [En línea]. Available: https://www.ecured.cu/Cortocircuito. [Último acceso: 28

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http://www.etitudela.com/entrenadorcomunicaciones/downloads/labviewtutorialuniversidadfranci [Último acceso: 20 julio 2017].

35