Monitor de tensión de línea

Cualquier electrodoméstico es un bien muy preciado que siempre cuesta sacrificio poder comprar. La exposición de los mismos a la red domiciliaria de energía los mantiene en riesgo latente de roturas. Ruidos y transitorios de alta tensión son una realidad peligrosa y constante dentro de la tensión de línea. En este artículo te guiaremos para que aprendas a construir un sencillo monitor de tensión de línea que será algo más que un simple voltímetro de corriente alterna. Fuertes subidas o bruscas bajas de tensión pueden destruir una fuente de alimentación en un instante. No permitas que esto ocurra.

Cuando se estudia electricidad y se enseña que la tensión domiciliaria es una tensión variable en el tiempo y alternada en polaridad con una forma puramente sinusoidal, nos imaginamos exactamente lo que nos dicen y nos explican en gráficos muy didácticos. Lamentablemente, la realidad nos demuestra a diario que las instalaciones eléctricas domiciliarias no siempre son las más adecuadas. La abundancia de derivaciones de cableado sin cuidado alguno con empalmes o ataduras que con el tiempo fallan o la utilización de cables de distintos diámetros pueden hacer estragos en una casa cuando se enciende el lavarropas o cuando se apaga la TV en otra habitación, por mencionar dos ejemplos al azar.

tensión variable en el tiempo y alternada en polaridad con una forma puramente sinusoidal

Las variaciones de tensión que se presentan en esas circunstancias suelen ser muy notables en la iluminación, aunque nuestro ordenador o nuestra cadena de sonido no se vean afectados. Esto no significa que sean los mejores del mundo y debamos sentir orgullo por ello, sino que traen protecciones y diseños que permiten contrarrestar las alteraciones súbitas. Lamentablemente, en casos extremos de malas uniones de cables o de tomacorrientes defectuosos, los problemas se multiplican y debemos ser muy conscientes de mantener siempre bien ordenada y atendida nuestra instalación para una mayor duración de nuestros electrodomésticos. Además, cabe agregar que no sólo veremos una mejora en el consumo energético sino que también reduciremos cualquier riesgo de accidente que pueda llegar a ser fatal.

Conceptos
Cuando hablamos de baja tensión de línea o de sobretensiones nos referimos a que el valor nominal (220VAC o 110VAC) varía un determinado porcentaje y se mantiene en ese valor durante un cierto período de tiempo. También encontramos picos o transitorios en la línea eléctrica cuando, por ejemplo, se encienden o apagan motores eléctricos. Dichos picos se presentan como una subida de tensión muy brusca y de muy alto valor durante un período muy pequeño de tiempo.

El ruido eléctrico, por su parte, dura apenas microsegundos y aparece cuando se conectan a la línea, por ejemplo, motores de gran tamaño o equipos eléctricos que no tienen filtros de ningún tipo. El correcto filtrado en las líneas de entrada de alimentación debe ser capaz de absorber los ruidos en forma de picos que se generan dentro de los equipos. Un ejemplo clásico son, además de los motores eléctricos, las fuentes conmutadas de alimentación que suelen enviar a la línea ruidos muy importantes que se notan de forma muy molesta en los receptores de radio de amplitud modulada. De todas las perturbaciones, esta última es las más aleatoria, menos predecible y puede producir daños muy serios en el resto de los equipos conectados a la instalación.

Decimos que hay un micro corte cuando el valor de la tensión de alimentación se reduce a cero durante un corto lapso de tiempo (menor a 20 o 30 milisegundos), es decir, un lapso de tiempo menor a la duración de un ciclo completo. Se deben, principalmente, a defectos en la red eléctrica o en la propia instalación. Pueden producir mal funcionamiento en cargas muy sensibles y errores o “cuelgues inesperados” en los ordenadores. Por último, las distorsiones de la señal sinusoidal y la variación de la frecuencia de línea son fenómenos que no son tan peligrosos y que no merecen una atención especial como los mencionados anteriormente.

Nuestro instrumento
La manera más elemental de monitorear la tensión de línea domiciliaria es con la ayuda de un transformador reductor de tensión que nos permita trabajar con pequeñas tensiones seguras y libres de riesgos. En el circuito propuesto se puede observar que se toma la información de uno de los bobinados del secundario, se acondiciona y ajusta en amplitud (P1) y luego, gracias a la implementación de OP1, se rectifica la tensión de alterna obtenida. Para mayor seguridad en la entrada del ADC del microcontrolador a emplear, se coloca un diodo zener (D2) de 5,1 Volts por 1 Watt.

Circuito de entrada del monitor de tensión

Br1 se encarga de rectificar la tensión obtenida desde Tr1, mientras que VR1 y VR2 se encargan de estabilizar la alimentación para el correcto funcionamiento de OP1. Luego, desde los +9V se tomará la alimentación para construir la etapa de alimentación para el microcontrolador. Con este sencillo circuito ya estamos en condiciones de saber a cada momento el valor instantáneo de la tensión de línea y, de acuerdo al software que utilizaremos para el microcontrolador, podremos conocer un par de datos adicionales muy interesantes y útiles.

Midiendo tensiones
El inicio del programa que utilizaremos en el PIC es un clásico en el que utilizamos, como siempre, la versión Lite de Proton que permite emplear hasta 50 líneas de código de programa en BASIC. Iniciamos con la definición del microcontrolador a usar y la frecuencia del oscilador. Luego hacemos lo propio colocando los parámetros de funcionamiento del conversor analógico digital y del LCD alfanumérico donde se visualizarán los datos obtenidos.

Encabezado del programa para el PIC

Definimos las variables tipo WORD para almacenar los valores obtenidos en las distintas mediciones y una del tipo BYTE para organizar el contador de mediciones.
Las mediciones no son mostradas en el display una a una sino que se realizan diez mediciones, se promedian y luego se muestra el resultado obtenido. Al final de la muestra, se deja en pantalla los datos por unos 100 milisegundos para obtener una visualización suave y libre de saltos bruscos. No debemos olvidar de setear correctamente el registro del ADC del PIC luego de declarar las variables a usar.

Declarando variables y seteando registros

El programa es muy sencillo y, además de la acumular diez mediciones y luego hacer un promedio de éstas para minimizar errores, presenta la posibilidad de obtener los valores máximos y mínimos de registro para tener un control de los posibles picos o variaciones de tensión de las que hablamos al principio del artículo. Estas mediciones nos permiten conocer el verdadero funcionamiento de nuestra red eléctrica y nos determinarán si es necesario instalar nuestro ordenador con estabilizadores de tensión o si la instalación domiciliaria requiere mantenimiento o eventuales mejoras.

Lazo principal del programa

En los primeros instantes, los valores de las variables ALTA y BAJA permanecerán en cero, pero rápidamente se ubicarán magnitudes dentro de ellas ya que la amplitud de la tensión de red no es exacta en forma permanente. El circuito a utilizar requiere de un PIC 16F877A, como has visto en el encabezado del programa, con un cristal oscilador de 20Mhz y un LCD alfanumérico de dos renglones por 16 caracteres que tenga entrada de tensión de muestreo por el pin 2 (PORTA.0).

Circuito implementado entre el PIC y el LCD

La sencillez del circuito nos exime de mayores comentarios y esperamos que este instrumento pueda ayudarte a mantener en buenas condiciones la instalación eléctrica del hogar.

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  • carlos206

    Hola. muy buen articulo, pero podrias agregar fotos del trabajo final ?

  • Robocardo

    Bueno está realmente interesante pero planteo algunas cosas para mejorar. Veo que se plantearon las cosas como para mostrar a valores unitarios pero considerando a la salida del trafo Es decir que lo que se mide es 220/9 relación de transformación dividido 9 si es que se ajusta apropiadamente el preset P1 como para dar 1 volt de salida. En lo personal hubiese sido mas interesante agregar una pequeña cuenta que exprese a TENSION como 220 Volts cuando realmente está leyendo 1 Volt.
    Es mas me parece que lo que se está indicando son 1024 cuentas del ADC en 10 Bits y no 1 Volt. A menos que el ajuste de P1 sea realmente 1.024 volts igual al fondo de escale del ADC que creo que es el caso como está planteado el programa.
    Luego en segundo término agregaría el puerto RS232 para que estos valores sean levantados por una PC y mas tarde graficados. Pero este es una ampliación del proyecto.
    Está realmente muy bueno, planteado desde el punto de vista de quien se inicia y creo que es el objetivo que se busca.

  • Animationxx

    disculpa cual es la funcion de C9 y R3??

  • chancho

    Pero cuando se me queme todo en la casa? de que me servira saber el voltaje infernal que lo hiso. Mejor vendria un circuito facil y sencillo con unos cuantos condensadores de esos que suprimen el ruido y los transitorios a los cuales se pretende medir con este circuito o simplemente la inclusion de ambos, aunque me suena a dilema pues si estoy protegido con supresores entonces como va a funcionar el circuito este ya que no tendra nada que medir y no sera divertido haberse quebrado la cabeza en haberlo hecho y tenido que programar etc xD.

  • gundream

    Saludos, señor Sacco:
    Yo quisiera saber donde puedo conseguir un tutorial desde cero para empezar a hacerme mis propios cacharros locos, empezando por como hacer una placa de circuito impreso casera sin tener que usar ácidos ni historias, ya que en casa no puedo tener ni usar elementos muy agresivos -porque mi mujer tiene alergia a ese tipo de cosas.
    Ya que usted es un experto en el tema -es mi ídolo- , por favor, instrúyame para hacer estas cosas con elementos más simples, sin tener que hacer mucho gasto.
    Recomiendeme tambien tiendas online fiables donde comprar componentes a buen precio en España; y muchas gracias.

  • ds

    Cada vez que hacen estos proyectos con PIC,sólo falta que sea con lenguajes con fundamento, sea el C o el ASM que es lo que se enceñ mucho en la universidades y algunos institutos.

    Otra cosa, el 16F877A ya no los fabrica http://www.microchip.com, su sustituto es el 16F887, así que actualizarse.

  • david ruiz

    el c9 no esta alreves???

  • david ruiz

    no el c4 confirmo

  • CSDIO

    c4 esta mal conectado, C9,C10, P1 Y R1 NO SON NECESARIOS DADO QUE LO UNICO QUE NECESITAMOS ES METER UNA SEÑAL DE MEDIA ONDA POR ENDE SOLO NECESITAMOS UNA RESITENCIA DE 40K, AHORA EN EL OPAM SOLO NECESITAMOS QUE LA SEÑAL QUE TOMAMOS SALGA POSITIVA LA RETRO TIENE QUE IR ANTES DEL DIODO, EL DIODO ZENER SOLO SIRVE PARA PROTECCION DEL PIC ADEMAS EL PIC A UTILIZAR DEBE DE SER EL 16F877 ATTE CENIDET

  • Antonio

    Muy buen articulo, gracias por compartirlo.
    Lo que sí, no se pueden ver todas las imágenes, seria muy bueno si las pudieran actualizar.
    De antemano muchas gracias.
    Atte. Antonio

  • Sebastian

    Mario, felicitaciones por el artículo.
    Quería consultarte por el circuito para acondicionar la señal ya que estoy tratando de replicar uno similar para mis necesidades (usando fuente simple por ejemplo y algunas otras cosas más).

    ¿El circuito se trata de un pasabanda?
    ¿La frecuencia central debería andar alrededor de la frecuencia de línea (50Hz)?
    Te hago éstas consultas porque hice la simulación y me quedó fuera de esa frecuencia, de hecho en la banda de paso, el circuito presenta alguna atenuación (11 dB).
    ¿Qué función cumple el diodo a la salida del amplificador operacional?

    ¡Gracias y saludos!