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SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DUAL CONMUTADA CON ENERGÍA SOLAR PARA SISTEMA CCTV

ERIKA BIBIANA RUEDA QUIROGA

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y

TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ D.C

2017

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SISTEMA DE ALIMENTACION DUAL CONMUTADA CON ENERGIA SOLAR PARA SISTEMA CCTV

ERIKA BIBIANA RUEDA QUIROGA

TRABAJO DE GRADO POR PRÁCTICA EMPRESARIAL PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO

ELECTRÓNICO Y DE TELECOMUNICACIONES

DARIO FERNANDO CORTES MSc.

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y

TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ D.C

2017

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Nota De Aceptación

____________________________ ____________________________ ____________________________

____________________________ Presidente Del Jurado.

____________________________ Firma Del Jurado

____________________________ Firma Del Jurado

Bogotá, 30 de Mayo de 2017

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DEDICATORIA

Este proyecto de grado está dedicado a mi familia, en especial a mi madre que me apoyo constantemente en el transcurso de mi carrera y en la realización de este trabajo. A mi padre que desde el cielo me ha cuidado y apoyado toda mi vida.

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AGRADECIMIENTOS

Agradezco a los docentes que me han apoyado con el conocimiento técnico

que me sirvió como fundamento para la realización de este trabajo; al Ing.

Daniel Ávila Velandia que me ayudo en la construcción de la idea inicial y la

resolución de problemas.

A la empresa que me dio la oportunidad de realizar la práctica empresarial y

desarrollo del prototipo.

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TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 13

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................... 14

2. OBJETIVOS ...................................................................................... 15

2.1 GENERAL ...................................................................................... 15

2.2 ESPECÍFICOS ............................................................................... 15

3. JUSTIFICACION ............................................................................... 16

4. DELIMITACIONES ............................................................................ 17

4.1 ALCANCES ........................................................................................... 17

4.2 LIMITACIONES ..................................................................................... 17

5. ANTECEDENTES ............................................................................. 19

6. MARCO TEÓRICO. .......................................................................... 27

7. MARCO CONCEPTUAL. .................................................................. 31

8. METODOLOGÍA ............................................................................... 34

9. DESARROLLO DEL SISTEMA DE CONMUTACIÓN ....................... 35

9.1 INFORMACIÓN Y ANÁLISIS ................................................................ 35

9.1.1 Sistema de vídeo vigilancia CCTV ..................................................... 35

9.1.2 Análisis. .............................................................................................. 36

9.2 DISEÑO ................................................................................................ 38

9.2.1 Diseño electrónico.............................................................................. 39

9.3 IMPLEMENTACIÓN Y EVALUACIÓN .................................................. 43

9.3.1 Sistema de Energía Solar. ................................................................. 43

9.3.2 Sistema CCTV Implementado ............................................................ 44

9.3.3 Implementación en caja de seguridad................................................ 45

9.3.4 Página Web ....................................................................................... 47

CONCLUSIONES ....................................................................................... 52

RECOMENDACIONES ............................................................................... 53

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 54

ANEXOS ..................................................................................................... 57

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TABLA

Tabla 1. Sistemas CCTV A: Paneles Solares Tipo Poste Para CCTV; B:

Sistemas de panel solar para alarmas y cámaras; C: Energía renovable en

parque recreacional; D: Sistema de energía solar para cámaras; E: Sistema

solar en camaras IP; F: Sistema de Video vigilancia autónomo con

alimentación solar; G: Sistema de seguridad con alimentacion eolica y solar -

Autor ........................................................................................................... 25

Tabla 2. Consumo de Potencia de Cámaras Teórico - Autor ...................... 35

Tabla 3. Consumo de Potencia de DVR Teórico - Autor ............................. 35

Tabla 4. Consumo del Sistema CCTV - Autor ............................................. 36

Tabla 5. Consumo del Diseño - Autor ......................................................... 36

Tabla 6. Características de Paneles Solar -Autor ....................................... 37

Tabla 7. Características de Consumo - Autor ............................................. 41

Tabla 8. Características de SimpleLink WI-FI CC3200 - Autor ................... 41

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TABLA DE FIGURAS

Figura 1. Paneles Solares Tipo Poste Para CCTV – VILLEGAS, Jaime Andrés

.................................................................................................................... 19

Figura 2. Paneles Solares Tipo Poste Para CCTV - SYSCOM ................... 20

Figura 3.Cámaras Inalámbricas con Alimentación de Panel Solar - Autor .. 21

Figura 4. Sistema de Energía Solar a 24 voltios – COMUNIDAD SYSCOM

.................................................................................................................... 22

Figura 5. Energías Renovables - Fernando ................................................ 24

Figura 6. Energía Renovable en Colombia - REVE .................................... 28

Figura 7. Circuito de conmutación - Autor ................................................... 30

Figura 8. Divisor de Voltaje - Autor ............................................................. 31

Figura 9. Preamplificador – LLAMAS, Luis ................................................. 31

Figura 10. M.O.S.F.E.T IRF840 - INTRANET ............................................. 32

Figura 11. Diagrama de Bloques Fuente DC – ELECTRÓNICA UNICROM

.................................................................................................................... 33

Figura 12. Diagrama de Bloques Control - Autor ........................................ 38

Figura 13. Diagrama Esquemático - Autor .................................................. 40

Figura 14. Diagrama de Flujo Programación - Autor ................................... 42

Figura 15. Diagrama de Sistema Completo - Autor .................................... 43

Figura 16. Instalación Panel Solar - Autor................................................... 44

Figura 17. Instalación CCTV A: Cámara Externa; B: Cámara Externa; C:

Cámara Interna; D: Cámara Interna; E: DVR sistema de grabación – Autor

.................................................................................................................... 44

Figura 18. Integración del Sistema Final A: Dispositivos internos; B:

Dispositivos Externos - Autor ...................................................................... 45

Figura 19. Circuito Impreso Electrónico - Autor ......................................... 45

Figura 20. Layout Circuito Electrónico - Autor ............................................ 46

Figura 21. Interior Del Sistema de Conmutación - Autor ............................. 47

Figura 22. Servidor web programado en el sistema embebido - Autor ....... 48

Figura 23. Muestra de la Página - Autor ..................................................... 49

Figura 24. Muestra de las Gráficas de Consumo - Autor ............................ 50

Figura 25. Ciclo de Programación A: Inicio de Programación (Alimentación

Fuente DC); B: Ciclo de Programación (Alimentación Batería Solar); C: Ciclo

de Programación (Alimentación Fuente DC); D: Visualización de las Cámaras

en la Conmutación - Autor .......................................................................... 51

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TABLA DE ANEXOS

ANEXO A. MANUAL USUARIO .................................................................. 57

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GLOSARIO

BATERÍA: Dispositivo que almacena energía eléctrica y la suministra, formado normalmente por dos placas de plomo que separan compartimientos con ácido.

CÁMARA DOMO: Es un elemento circular que es utilizado para registrar imágenes estáticas o en movimiento, por su diseño es difícil ver en la dirección que apunta.

CÁMARA BULLET: Es un elemento de forma alargada, utilizado para registrar imágenes y video, manipulado en exteriores comúnmente por su cobertura.

DVR: Dispositivo de muestra de video para el control en su grabación, teniendo un elemento para guardar el video que resulta de cámaras de seguridad.

MICROCONTROLADOR: Es un dispositivo compuesto de varios bloques

funcionales los cuales con órdenes cumplen tareas específicas. Por medio de la programación.

M.O.S.F.E.T (Transistor De Efecto De Campo Metal-Óxido-Semiconductor): Elemento utilizado para la conmutación y amplificación de señales.

PANEL SOLAR: Es un elemento que recoge la energía térmica o fotovoltaica

y la convierte en energía eléctrica o calentador.

PROGRAMAR: Es dar instrucciones necesarias a una máquina para que

ejecute una función de manera automática.

RED: Es un conjunto de equipos y dispositivos periféricos conectados entre sí, por el cual circula información.

REGULADOR: Es un componente utilizado para ordenar o ajustar el

funcionamiento de una maquina o de una de sus piezas.

SIMPLELINK WI-FI: Circuito impreso con un microcontrolador CC3200, con

puerto de entrada y salida análogas y digitales.

SISTEMA CCTV: Circuito cerrado de televisión, el cual contiene una o más cámaras de vigilancia conectadas a un monitor de video que reproduce la imagen.

SISTEMA EMBEBIDO: Es un componente integrado en el cual se encuentra tarjetas de video, audio, etc. Diseñado con una combinando de hardware y software para realizar algunas funciones necesarias.

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RESUMEN

Se realizó un sistema que controla la conmutación de la batería de panel solar y la fuente de poder (AC/DC), que contiene una etapa de lectura de voltaje, un sistema embebido programable, una salida de potencia y salida a un portal de internet que aloja información con gráficas de consumo en los sistemas y los ahorros presentados en escalas de tiempo. Basándose en un estudio realizado del consumo que tiene en su funcionamiento el circuito cerrado de televisión; por medio de él se obtuvo una evaluación teórica, práctica y el diseño de un sistema de energía solar que abasteciera la batería del dispositivo.

Se obtuvo una solución estándar funcional en las diferentes marcas de CCTV y autónomo en su funcionamiento controlando y decidiendo el mejor camino de alimentación para mantener el sistema CCTV activo.

Palabras Claves: energía solar, control, electricidad, consumo, ahorro.

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INTRODUCCIÓN

Este documento fue realizado en el desarrollo de la práctica empresarial en la empresa Nissitech SAS ®, en donde se evidencia la problemática de los altos costos de la electricidad en Colombia que aumentan por la sobre demanda y que a su vez causan impacto ambiental negativo las formas de producción convencionales utilizadas en el país; esto reduce la adquisición de nuevos elementos electrónicos por disminución de costos en la electricidad.

Por la cual este proyecto se desarrolla en dos conceptos: 1) uno tomado de la innovación en la seguridad electrónica perimetral; 2) el otro en la oportunidad de aprovechar el medio ambiente como energía limpia o renovable que para el desarrollo del trabajo que se utiliza la energía solar. El objetivo principal es poder mantener el CCTV alimentado por una fuente dual para que no existan interrupciones en su funcionamiento y que una de sus fuentes de alimentación sea producida por el sistema de generación de electricidad solar.

En el concepto de seguridad electrónica perimetral se implementa un sistema de circuito cerrado de televisión (CCTV), la cual es una tecnología de video vigilancia diseñada para supervisar ambientes y actividades desde redes cerradas o abiertas como lo es internet. El sistema de video vigilancia lo compone DVR, cámaras, disco duro, cableado eléctrico y de video; el cerebro del sistema es el DVR en el cual encontramos las conexiones de las cámaras, el audio, conexión a internet, internamente el disco duro que graba la visualización de las cámaras.

En el concepto de la energía renovable se utilizó la energía solar que es el aprovechamiento directo de la radiación solar transformándola en electricidad, la cual se recibe por medio de paneles fotovoltaicos en un dispositivo semiconductor que genera diferencia de potencial.

Para esto se implementa en un solo sistema el manejo de alimentación de dos fuentes, una que se toma de la electricidad AC de una fuente de poder y la otra de una batería de panel solar. También cuenta con un módulo embebido programado y dispuesto a realizar la comparación entre estas dos alimentaciones que se suministrarán al CCTV sin interferencia en la visualización; todos los datos y el funcionamiento será expuesto en una página web donde se podrá ver gráficas de consumo y ahorro.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

A través de la práctica que se realizó en el empresa Nissitech SAS ® se pudo evidenciar que se tiene una poca penetración de los sistemas cerrados de televisión no por el costo de la tecnología sino por los costos de la energía eléctrica; en Colombia el costo de la electricidad es alto y estos costos aumentan por factores como lo son la dificultad de cumplir con la demanda, crecimiento poblacional, grandes infraestructuras para generación eléctrica; la producción como se ve puede ser costosa y causa impacto ambiental negativo por las formas convencionales de generarla. En varias ciudades de Colombia se observa que la electricidad no cubre el territorio, su población y se generan cortes del servicio eléctrico por zonas, por horarios o en su totalidad, pero al igual la facturación sigue su ciclo de cobro normal; pero siendo este país rico en recursos naturales podría aprovechar fuentes alternativas de generación de electricidad, favoreciendo costos y medio ambiente. En Colombia se generó la primera iniciativa de regular la producción eléctrica con energías renovables a través de la ley 1715 del 20141 y compañías de producción existentes como Codensa ® han comenzado proyectos de generación de electricidad renovable; estas soluciones serian a gran escala y ¿Por qué no iniciar con pequeños pasos y comenzar a producir nuestra propia electricidad?; este proyecto ataca las necesidad de electricidad y funcionamiento ya que las empresas y personas que adquieren sistemas cerrados de televisión requieren un funcionamiento ininterrumpido de 24 horas, donde se debe conservar toda la información y no tener saltos en la visualización. ¿Cómo se puede mantener activo un CCTV por medio de dos fuentes de alimentación?

1 COLOMBIA CONGRESO DE LA REPUBLICA. Ley 1715 (23, Mayo, 2014). Por la cual se regula la integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional. Bogotá, D.C., 2014. p.1-25

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2. OBJETIVOS

2.1 GENERAL

Implementar el abastecimiento de electricidad por medio de una conmutación dual a un sistema de Circuito Cerrado de Televisión por medio de un control programable como modelo de práctica empresarial. 2.2 ESPECÍFICOS

Efectuar el estudio de consumo de energía eléctrica al sistema CCTV.

Desarrollar un sistema de alimentación dual mediante energía solar y energía eléctrica controlado por un módulo embebido programable.

Implementar un sistema conmutado de electricidad para el sistema de video vigilancia CCTV con un medio de comunicación de información a través de internet.

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3. JUSTIFICACION

La compañía Nissitech SAS ® en la que se realizó la práctica empresarial ve la necesidad de generar un apoyo a las empresas y personas que adquieren sistemas cerrados de televisión, generando soluciones sostenibles, ecológicas y con bajos costos. Frente a las necesidades de los usuarios finales que requieren que sus sistemas funcionen de manera continua y sin tener interferencias en las 24 horas de grabación. Para resolver las problemáticas presentadas y las necesidades de los usuarios se genera un sistema controlado que conmuta la batería de panel solar y la fuente de poder (AC/DC), la cual contiene una etapa de lectura de voltaje, un sistema embebido programable, salida de potencia y salida a un portal de internet que aloja información con gráficas de consumo en los sistemas y los ahorros presentados en escalas de tiempo. El trabajo final de proyecto de grado en la modalidad de práctica empresarial deja un fundamento teórico y práctico del estudio realizado sobre el verdadero consumo de CCTV por medio de la evaluación teórica y práctica, demostrando eficiencia de las nuevas tecnologías de estos sistemas y se podrá demostrar el ahorro a través del tiempo por medio del portal web. Gracias a generar el estudio trasversal sobre el consumo en CCTV se implementa una solución estándar funcional en las diferentes marcas de DVR y de una a cuatro cámaras; este sistema es autónomo en su funcionamiento controlando y decidiendo el mejor camino de alimentación para mantener el sistema CCTV activo. El dispositivo puede ayudar desde pequeñas empresas como locales comerciales, supermercados, distribuidores, etc. también a grandes compañías como tiendas de cadena, grandes superficies, multinacionales, centros comerciales y en zonas rurales en control de cultivos, animales y zonas de producción. Este sistema es el punto de partida de un sistema completo de control eléctrico con energía renovable para cualquier elemento eléctrico, formando así una red controlada e inteligente de varias fuentes de electricidad.

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4. DELIMITACIONES

4.1 ALCANCES

Según el diseño propuesto a la empresa Nissitech SAS ® en la que realicé la práctica empresarial, se presenta los dispositivos con la cual se construye el sistema controlado de:

Batería de panel solar

Fuente de poder para sistema (AC/DC)

Control embebido de conmutación con control programable

Control de salida de potencia

Sistemas de protección eléctrica y de temperatura

Salida externa por medio de internet de control información

Página Web control de acceso, graficas de consumo en los sistemas y los ahorros presentados en escalas de tiempo.

Por otro lado las pruebas del CCTV son reales según diseño por lo cual se implementa el sistema de generación de electricidad solar:

Panel Solar

Cableado eléctrico

Protección

Controlador de carga El Sistema de video vigilancia se compone de:

DVR

Cableado de video y eléctrico

Conectores eléctricos y video

Disco Duro

Cámaras

Monitor de visualización

Modem de internet

4.2 LIMITACIONES

Frente a las limitaciones están controladas por el espacio que se disponga para la instalación, costo del sistema de energía solar y diseño de consumo

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personalizado para cada necesidad, ya que en esta fase inicial solo se genera pruebas con el modelo inicial de tecnología, marca y cantidades.

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5. ANTECEDENTES

La empresa Sloan Security Group2 dio una solución al sistema de paneles solares conectados a cámaras de seguridad; por medio de flexibilidad al panel y dando agrupación de los materiales como: controlador, batería e inversor en un mismo sitio aprovechando su ubicación en un poste. Este Tipo de poste llamado Genlux line está cubierto por delgadas películas solares a lo largo de él, para tomar la energía cuando el sol se está oponiendo o baja del cielo. Está dispuesto para postes de 17 a 30 centímetros. Este tipo de diseño da una guía en el proyecto para que el sistema se implemente en una estructura portable o de fácil ubicación para el cliente, (ver figura 1). Figura 1. Paneles Solares Tipo Poste Para CCTV

Fuente: VILLEGAS, Jaime Andrés. Solución de Paneles Solares Tipo Postes para CCTV. Tecnoseguro. 14 de Noviembre de 2012. [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL

https://www.tecnoseguro.com/noticias/cctv/solucion-de-paneles-solares-tipo-poste-para-cctv.html

Este sistema de Energía solar para video vigilancia remota es aplicado en

2 VILLEGAS, Jaime Andrés. Solución de Paneles Solares Tipo Postes para CCTV. Tecnoseguro. 14

de Noviembre de 2012. [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL https://www.tecnoseguro.com/noticias/cctv/solucion-de-paneles-solares-tipo-poste-para-cctv.html

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una o más cámaras, con una “señal inalámbrica en 5.8 GHz”3, la cual se encuentra monitoreado por protocolo TCP/IP. Además de estar alimentado por paneles tiene una batería de respaldo por cualquier situación que se presente, (ver figura 2).

Figura 2. Paneles Solares Tipo Poste Para CCTV

Fuente: SYSCOM. [En Línea]. [Citado 1 de abril, 2017]. URL http://www.syscom.com.mx/Productos/Energia/vigilantes.php?cat=Energ%EDa%20Solar:

La empresa Redox Chile ®4, aplican una solución de video vigilancia inalámbrica energizada con paneles solares. La integración de estos dos equipos da fundamentación para el futuro ya que estos sistemas generan un desarrollo independiente de la red eléctrica, teniendo un seguimiento de ellas sin interrupciones en caídas de voltaje o en caídas de red. En las cámaras se obtiene una tecnología eficiente, ya que opera en un nivel de potencia menor

3 SYSCOM. [En Línea]. [Citado 1 de abril, 2017]. URL

http://www.syscom.com.mx/Productos/Energia/vigilantes.php?cat=Energ%EDa%20Solar:

4 REDOX CHILE. (2014). [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL

http://www.redoxchile.cl/node/11

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lo cual hace que tenga un mejor funcionamiento con respecto a la transmisión y a las largas distancias que maneja este tipo de sistema. Esta implementación deja un estudio sobre que otro tipo de cámaras se puede utilizar la empresa, (ver tabla 1, A). En las afueras de Ibiza en una casa fue instalado paneles solares para alimentar el sistema de cámaras de seguridad y de alarmas, la cual también tiene una conexión a ellas por situación de robo o desconexión; este panel tiene baterías de respaldo para días que no haya sol. A su vez tiene una conexión a internet por medio de un router ADSL con Modem 3G USB5, para tener un manejo y control de las cámaras y la alarma la cual podrá enviar o comunicarse por medio de un mensaje con la persona. Este sistema no solo adquiere un equipo de circuito cerrado de televisión, sino que también un módulo de alarma; la cual toma como referencia la empresa para empezar a abarcar más productos con este tipo de alimentación, (ver tabla 1, B). Este proyecto de circuitos cerrado de televisión inalámbrico6 alimentado por medio de energía solar tiene un suministro de 12V con un sistema de almacenamiento en baterías. Este equipo utiliza un regulador de voltaje a 9V, con la cual se sostienen las cámaras ya que son utilizadas en este caso en un invernadero y ellas son de un tamaño pequeño; adecuado para el sistema de seguridad y seguimiento que necesitan. Por medio de la investigación se obtiene que el sistema de CCTV tenga un amplio mercado por sus diferentes tipos de tecnología, (ver figura 3). Figura 3.Cámaras Inalámbricas con Alimentación de Panel Solar

Fuente: Autor Diseño de un punto de información multimedia potenciado por energía solar

5 IBIZA SEGURIDAD. Alarma y video vigilancia con placa d energía solar en Ibiza. [En Línea]. [Consulta:

1 de abril, 2017]. URL http://www.ibizaseguridad.com/alarma-y-videovigilancia-con-placa-de-energia-

solar/ 6 TODOPRODUCTIVIDAD.17 de Febrero de 2011. [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL http://todoproductividad.blogspot.com.co/2011/02/circuitos-inalambricos-de-television.html

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para el Parque Recreacional Jipiro7, de la ciudad de Loja. Este diseño empezó con un estudio la cual mostraba que zona tenía más radiación solar para aprovechar el potencial de energía y realizar la implementación de los recursos optimizando el funcionamiento. También utilizan diversas formas de energía renovable existentes en el parque; esto demuestra que no solo es necesario trabajar con una sola energía, sino que también a medida del desarrollo del proyecto se puede abrir el campo de investigación, (ver tabla 1, C). Este proyecto se aplica en Energía Solar para “Cámaras IP PoE y con enlace Inalámbrico”8, este sistema permite una instalación segura y limpia. Lo aplican un sistema de tres cámaras utilizando el banco de baterías para el panel, el controlador y un switch donde se encuentran las cámaras conectadas y un radio ubiquiti el cual da la salida de red, (ver figura 4). Figura 4. Sistema de Energía Solar a 24 voltios

Fuente: COMUNIDAD SYSCOM. Febrero de 2016 [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL http://foro.syscom.mx/index.php?p=/discussion/17281/energia-solar-para-camaras-ip-poe-y-enlace-inalambrico

Este sistema de Cámaras alimentadas con energía solar empieza con una

7 BRICEÑO, Lilibeth. GÁLVEZ, Javier. JARAMILLO, Jorge Luis. Diseño de un punto de información multimedia potenciado por energía solar para el parque recreacional Jiripo. Tesis de Grado. Ecuador: Universidad Técnica Particular de Loja, 2014 [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL https://es.scribd.com/document/263571048/Diseno-de-un-punto-de-informacion-multimedia-potenciado-por-energia-solar-para-el-Parque-Recreacional-Jipiro-de-la-ciudad-de-Loja-paper-resumen

8 COMUNIDAD SYSCOM. Febrero de 2016 [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL http://foro.syscom.mx/index.php?p=/discussion/17281/energia-solar-para-camaras-ip-poe-y-enlace-inalambrico

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pregunta “¿Pueden utilizarse paneles solares para alimentar un sistema de seguridad?”9, la cual ayuda a la persona a realizar la instalación en el sitio donde desea. Se aplica en un lugar rural vacío, donde no llega la red eléctrica y a su vez debe buscar la solución de obtener internet para ser monitoreado; con esto obtiene los equipos adecuados para la necesidad del lugar. Esta implementación da a conocer problemas que se pueden presentar en este tipo de instalaciones y el cómo se puede mejorar utilizando recursos naturales, (ver tabla 1, D). Se refleja una nueva solución en el “circuito cerrado de televisión IP Inalámbrica Solar”10: Este sistema no solo hace una mejora en la fuente de alimentación sino que también en las cámaras, ya que utilizan paneles solares y red inalámbrica. Esto con una mejor eficiencia en el sistema y en su productividad del seguimiento de ellas y sin interrupciones, (ver tabla 1, E). El autor Fernando11 en este documento muestra todos los tipos de energías renovables con los cuales se pueden suministrar energía limpia y empleando las fuente de poder que da el planeta. Esto implica que se debe cuidar y no contaminar el mundo ya que baja considerablemente y pone en peligro los recursos a utilizar como: eólica, solar, biomasa, geotérmica, hidroeléctrica, etc. Estos contribuyen a una mejora en todas las áreas como en la tecnología, (ver figura 5).

9 TECNOLOGÍA. Cámaras alimentadas con energía solar. [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL

http://www.rnds.com.ar/articulos/099/RNDS_090-096W.pdf

10 SMARTGREEN. Soluciones CCTV IP inalámbricas solares. (2010). [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL http://www.smartgreen.com.ar/p/soluciones-cctv-ip-inalambricas-solares.html 11 Fernando. Energías Renovables. Erenovable. 3 de Noviembre 2015. [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL http://erenovable.com/energias-renovables/

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Figura 5. Energías Renovables

Fuente: Fernando. Energías Renovables. Erenovable. 3 de Noviembre 2015. [En Línea]. [Consulta: 1 de abril, 2017]. URL http://erenovable.com/energias-renovables/

Adolfo Manaure12 realizo la implementación de paneles solares a unas cámaras térmicas de nueva tecnología, las cuales permiten visión en la noche, en el humo y la niebla. Este montaje está hecho en el sistema público para una mejora en la eficiencia de la visualización y en la seguridad ya que se obtendría las 24 horas y los 365 días del año. Con la innovación en la tecnología se puede ver que un sistema de energía solar se puede implementar con parámetros según a lo que se va adecuar. La empresa Próxima Systems13 ® diseño e implementó en un sistema de alimentación por medio de paneles solares para seguridad IP, almacenando la energía en una batería para el suministro de las cámaras. Realiza una transmisión por medio de red 3G o GPRS para visualización de las imágenes y para comunicación por mensajes en caso de perjuicio hacia ellas; este sistema lo llamaron OCCHIO SOLAR, (ver tabla 1, F). En Bagá (Barcelona) la multinacional Ficosa14 desarrollo el sistema de video vigilancia con alimentación eólica y solar como se ve en la figura 12, en una vía que tiene mucho tráfico y tienen la necesidad de controlarla, para la toma de decisiones en su adecuación y en la interrupción de ella. Este estudio fue

12 MANUARE, Adolfo. Paneles Solares Garantizan Energía para Video vigilancia. CIOAL. 13 de Febrero de 2015. [En Línea]. [Consulta: 3 de abril, 2017]. URL http://www.cioal.com/2015/02/13/paneles-solares-garantizan-energia-para-videovigilancia/ 13 PROXIMA SYSTEMS. Sistema de video vigilancia autónomo con alimentación solar. 2014. [En Línea]. [Consulta: 3 de abril, 2017]. URL http://www.proximasystems.net/producto/occhio-solar/ 14 INTEREMPRESAS. Un nuevo sistema de video vigilancia alimentado con energías renovables. Interempresas. 15 de Noviembre de 2012. [En Línea]. [Consulta: 3 de abril, 2017]. URL http://www.interempresas.net/Energia/Articulos/102301-Un-nuevo-sistema-de-videovigilancia-alimentado-con-energias-renovables.html

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diseñado con una carga en baterías avanzada para el sistema hibrido que se iba a implementar. Esta implementación da a conocer que no solo se puede usar una energía renovables, si no que varias con el estudio correspondiente, (ver tabla 1, G). Tabla 1. Sistemas CCTV A: Paneles Solares Tipo Poste Para CCTV; B: Sistemas de panel solar para alarmas y cámaras; C: Energía renovable en parque recreacional; D: Sistema de energía solar para cámaras; E: Sistema solar en camaras IP; F: Sistema de Video vigilancia autónomo con alimentación solar; G: Sistema de seguridad con alimentacion eolica y solar

A

B

C

D

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E

F

G

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6. MARCO TEÓRICO.

La Energía Renovable es una alternativa limpia del medio ambiente, cuyo recurso es la naturaleza, la cual no tiene una cantidad limitada pero si la manejan de una forma adecuada para no exceder en materia. Las energías limpias no causan daño en el ser humano, ni al medio ambiente; después de ser utilizadas se pueden regenerar de forma natural o artificial. La desventaja que se tiene de algunas de ellas es la condición climatológica, que crea interrupciones en su suministro. Existen 6 diferentes tipos como lo son: hidráulica, eólica, solar, geotérmica, mareomotriz y biomasa15.

En Colombia el uso de las energías renovables han tenido un cambio desde el 2014 ya que se ha generado un impulso en la utilización y en la inversión, más que todo en la energía eólica y solar. Según en la figura 6 se ve cómo podría distribuirse las energías en cada uno de los departamentos; esto lo realizaron como estudio para aumentar la capacidad de instalaciones renovables y generar un mayor beneficio en la energía. En este proceso de implementación hay cuatro compañías eléctricas del país las cuales son: En el Green Power, Jemeiwaa Ka’i, Empresas Públicas de Medellín y la Antigua central estatal Isagen, y están comprometidas a realizar una instalación de energía eólica16.

15 TWENERGY. Que Son Las Energías Renovables. 23 de Marzo de 2012. [En Línea]. [Consulta: 8 de abril, 2017]. URL https://twenergy.com/a/que-son-las-energias-renovables-516 16 REVE. Energías renovables no convencionales complementaran la seguridad energética Colombiana. Revista Eólica y del Vehículo Eléctrico. 29 de Mayo de 2016. [En Línea]. [Consulta: 8 de abril, 2017]. URL. http://www.evwind.com/2016/05/29/energias-renovables-no-convencionales-complementaran-la-seguridad-energetica-colombiana/

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Figura 6. Energía Renovable en Colombia

Fuente: REVE. Energías renovables no convencionales complementaran la seguridad energética Colombiana. Revista Eólica y del Vehículo Eléctrico. 29 de Mayo de 2016. [En Línea]. [Consulta: 8 de abril, 2017]. URL. http://www.evwind.com/2016/05/29/energias-renovables-no-convencionales-complementaran-la-seguridad-energetica-colombiana

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La Energía solar llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética “luz, calor y rayos ultravioleta procedente del Sol”17, donde ha sido generada por un proceso de fusión nuclear. El aprovechamiento de la energía solar se puede realizar de dos formas:1) conversión térmica de alta temperatura y sistema foto térmica; 2) conversión fotovoltaica sistema fotovoltaico.

Para hacer un mejor uso de la energía solar se debe tener en cuenta el ángulo y la orientación solar respectó a la radiación cuando es más efectiva en el dispositivo (90°), por esta razón el panel debe estar correctamente posicionado para colectar la máxima energía. La posición óptima del montaje varía según la latitud y clima predominante. “Una regla del panel solar es montarlo apuntando hacia el Ecuador18 con un ángulo igual al del sitio más 10°”.

El sistema de energía solar se compone de una batería como se muestra en la figura 15 en la cual almacena la energía del panel solar y se utiliza como suministro de energía eléctrica en las horas de uso. A este equipo se le añade un regulador que controla la entrada a las baterías de la energía proporcionada por los paneles. Él le da más durabilidad a la batería, ya que “permite el paso de electricidad según el estado en que se encuentre” 19 y genera en porcentajes la carga. El Sistema CCTV (Circuito Cerrado de Televisión), es una tecnología puede ser visualizado en monitores o televisores; también por medio de una aplicación en un medio electrónico se monitorean las cámaras. Dependiendo los espacios y las clases de cámaras que se necesiten, ellas tienen un centro de control donde se puede configurar su panorámica, inclinación y zoom. Esta incluye visión nocturna y según la configuración que se realice tiene un aviso respecto al movimiento que se genere en ella; esto genera que se pueda utilizar en diversos ambientes y actividades.20

Los sistemas CCTV tienen cámaras tipo domo interior y exterior, bala exterior, PTZ, IP, cámaras espías en un espejo, en forma de sensor de movimiento,

17 RECIO MIÑARRO, Joaquín. Energía Solar. Newton. [En Línea]. [Consulta: 5 de abril, 2017]. URL http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/solar.htm 18 HARPER, Gilberto. Instalaciones Y Sistemas Fotovoltaicos. México. Edición Limusa, 2016. 334 p. 19 DAMIA SOLAR. Que Regulador Solar Necesito. Op.Cit.; [Consulta: 9 de abril, 2017]. URL

https://www.damiasolar.com/actualidad/blog/articulos-sobre-la-energia-solar-y-sus-componentes/que-

regulador-solar-necesito_1

20 ACCESOR. Los Sistemas de CCTV o Video vigilancia permite la visualización remota de las cámaras en cualquier momento. [En Línea]. [Consulta: 11 de abril, 2017]. URL. http://www.accesor.com/esp/art2_query.php?fam=5

30

sensor de humor y sensor de incendios; también lo conforma un centro de mando denominado DVR que digitaliza y graba las imágenes de las cámaras y un software para monitoreo desde aplicación web o móvil. Existen diferentes tipos de cámaras y formas de visualización del CCTV.

Las cámaras domo obtienen su nombre de forma de media esfera que logra visualizar el video con mayor grado de amplitud hacia los extremos en cambio las cámaras balas llamadas así por su forma alargada obtiene el video a mayor distancia. Las cámaras domo y las cámaras balas tienen diseños para interiores y exteriores que se especifican en los materiales utilizados para su construcción y en sus tamaños. Los componentes semiconductores se utilizan como elemento electrónico de potencia y conmutación que logra controlar voltaje y corriente que se aplica a una carga. Los circuitos que trabajan en conmutación están constantemente pasando de un estado de alta impedancia o bloqueo, a un estado de baja impedancia o conducción.

Este factor de relación se le llama ciclo de trabajo, el cual indica que el circuito está conectado y no se interrumpe toda la potencia se aplica a la carga. Para realizar un dispositivo de conmutación podría utilizarse un transistor M.O.S.F.E.T este maneja una “alta impedancia de entrada, gran velocidad de conmutación y su control se realiza por voltaje, teniendo un pico de corriente para cargar y descargar”21. (Ver figura 7) Figura 7. Circuito de conmutación

Fuente: Autor

21 SEGUI, Salvador. GIMENO, Francisco. SÁNCHEZ, Carlos. ORTS, Salvador. Fundamentos Básicos de la Electrónica de Potencia. España. Ed Alfaomega Grupo. 2004. 319 p.

31

7. MARCO CONCEPTUAL.

El divisor de tensión contiene como entrada un voltaje de referencia, al cual según los valores de las resistencias se tendrá un voltaje de salida inferior al ya tomado anteriormente22, (ver figura 8).

Figura 8. Divisor de Voltaje

Fuente: Autor

Preamplificador se utiliza en el montaje de este proyecto para eliminar o aislar los picos de corriente o voltaje que genere la fuente. A su vez por la temperatura que puede llegar a tener los M.O.S.F.E.T por el trabajo que realiza. En la figura 9 se ilustra el modo de conexión del transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) y sus resistencias23.

Figura 9. Preamplificador

Fuente: LLAMAS, Luis. Controlar Grandes Cargas con Arduino y Transistor Mosfet. 18 de Julio de 2016. [En Línea]. [Consulta: 20 de abril, 2017]. URL. https://www.luisllamas.es/arduino-transistor-mosfet/

22 HYPERPHYSICS. Divisor de Voltaje DC. [En Línea]. [Consulta: 20 de abril, 2017]. URL. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/voldiv.html

23 LLAMAS, Luis. Controlar Grandes Cargas con Arduino y Transistor Mosfet. 18 de Julio de 2016. [En

Línea]. [Consulta: 20 de abril, 2017]. URL. https://www.luisllamas.es/arduino-transistor-mosfet/

32

El M.O.S.F.E.T 840 expuesto en la figura 10, está diseñado para aplicaciones de “reguladores de conmutación, convertidores de conmutación, controladores de motor y baja potencia de accionamiento”24. Según su corte y saturación se controla grandes cargas.

Figura 10. M.O.S.F.E.T IRF840

Fuente: INTRANET. Semiconductor. [En Línea]. [Consulta: 20 de abril, 2017]. URL. http://intranet.ctism.ufsm.br/gsec/Datasheets/IRF840.pdf

Tiva SimpleLink Wi-Fi CC3200 LaunchPad microcontrolador de Texas Intruments25 inalámbrico programable con conectividad Wi-Fi. Con varias áreas de ejecución, herramientas de desarrollo y aplicaciones de protocolos Wi-Fi e Internet. Este Dispositivo realiza la lectura, la conmutación y él envió de datos a la página web.

Tiva TM4C123GXL es un microcontrolador basado en ARM Cortex-M4f, su ejecución se destaca por su diseño, por la interfaz y porque puede conectarse con otros dispositivos periféricos de Texas26.

Tiva TM4C1294XL es un microcontrolador basado en ARM Cortex-M4F, su diseño incluye un on-chip 10/100 Ethernet MAC y PHY, USB 2.0, un módulo de hibernación, anchura de impulso de control de movimiento27.

Fuente DC es un dispositivo que entrega un voltaje, el cual lo recibe en “corriente alterna y lo transforma a corriente continua”28. Para realizar este proceso se necesita que tenga un transformador, rectificador, filtro y regulador; su entrada es por el trasformador y la salida deseada es por el

24 INTRANET. Semiconductor. [En Línea]. [Consulta: 20 de abril, 2017]. URL. http://intranet.ctism.ufsm.br/gsec/Datasheets/IRF840.pdf 25 Texas Instruments. [En Línea]. [Consulta: 23 de abril, 2017]. URL. http://www.ti.com/tool/cc3200-launchxl 26 TEXAS INSTRUMENT. Óp. Cit..., [En Línea]. [Consulta: 15 de mayo, 2017]. URL http://www.ti.com/tool/ek-tm4c123gxl 27 TEXAS INTRUMENTS. Óp. Cit., [En Línea]. [Consulta: 23 de abril, 2017]. URL. http://www.ti.com/tool/ek-tm4c1294xl

28 ELECTRÓNICA UNICROM. Fuente de Poder-Diagrama de Bloques. [En Línea]. [Consulta: 23 de abril, 2017]. URL. http://unicrom.com/fuente-de-poder-diagrama-de-bloques/

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regulador y se toma como la segunda fuente de poder con el voltaje que maneja el sistema, (ver figura 11).

Figura 11. Diagrama de Bloques Fuente DC

Fuente: ELECTRÓNICA UNICROM. Fuente de Poder-Diagrama de Bloques. [En Línea]. [Consulta: 23 de abril, 2017]. URL. http://unicrom.com/fuente-de-poder-diagrama-de-bloques/

Panel Solar dispositivo que transforma la luz solar en energía eléctrica, esto es un efecto fotoeléctrico donde la radiación del sol, incide en las células y los átomos se mueven libremente por la placa. Este elemento está compuesto por celdas conectadas en serie para incrementar el voltaje, para incrementar la corriente eléctrica se conectan varios paneles en paralelo. La duración de vida del panel es máxima unos 25 años según su uso y los dispositivos a los que le suministra la energía. Existen varios tipos de paneles como: Esférica, Monocristalino, Policristalino y Amorfas29.

29 ENERGIZA. Paneles Fotovoltaicos. [En Línea]. [Consulta: 23 de abril, 2017]. URL. http://www.energiza.org/solar-fotovoltaica/22-solar-fotovoltaica/627-paneles-fotovoltaicos-concepto-y-tipos

34

8. METODOLOGÍA

La metodología utilizada es la estructuración del proyecto de grado que se encamina en a la obtención de un producto tangible; el cual se desarrolló en una práctica empresarial observando una necesidad de los clientes con la cual se planteó el objetivo general y los objetivos específicos; esta necesidad se encontró cumpliendo las funcionalidades de mi rol frente a la gestión de los clientes en servicio pre venta y pos venta. En el proyecto de grado se estructuraron todas las fases de trabajo, Fase 1, Fase 2 y Fase 3, en la cual en esta práctica empresarial se desarrolló la fase 1. Fase 1:

Diseño y prototipado principal del sistema de conmutación para un CCTV de 4 cámaras y DVR.

Fase 2:

Diseño con otras unidades. (equipos CCTV de 8, 16 y 32 cámaras) Fase 3:

Diseño de sistema embebido propio de la empresa La fase 1. (Diseño y prototipado principal) que se trabaja en este proyecto tomara como referencia 3 escenarios de desarrollo del cronograma llamadas

35

9. DESARROLLO DEL SISTEMA DE CONMUTACIÓN

9.1 INFORMACIÓN Y ANÁLISIS En la etapa de información y análisis se miden y documentan las características de consumo teóricas y prácticas del sistema CCTV y del sistema de energía solar. Estas mediciones se representarán a continuación, (ver tabla 2, tabla 3, tabla 4) La variable que lidera todo el diseño es el consumo ya que el dimensionamiento de paneles se debe hacer por medio de este. Para el análisis se determina con la información hallada los recursos a utilizar. 9.1.1 Sistema de vídeo vigilancia CCTV. Se documentan las características de consumo de potencia teóricas y prácticas de cada equipo de los sistemas, teniendo en cuenta sus características de marca y referencia; las cuales se evidenciarán a continuación.

Tabla de consumo teóricas CCTV - Cámaras. Las características que

se encuentran en la tabla 2 se generaron de las especificaciones técnicas encontradas en los manuales de cada fabricante en vatios (W).

Tabla 2. Consumo de Potencia de Cámaras Teórico

Marca /Estilo

Domo Interna

Domo Externa

Bala Pequeña

Bala Grande

DAHUA 4,1 W 5,3 W 4,9 W 11,1 W

HIKVISION 4,0 W 4,0 W 4,0 W 10,5 W

Fuente: Autor

Tabla de consumo teóricas CCTV - DVR. En la tabla 3 se muestra el

consumo de potencia de diferentes marcas de DVR encontradas en los

manuales de cada fabricante medidas en vatios (W).

Tabla 3. Consumo de Potencia de DVR Teórico

Marca 4 Canales 8 Canales 16 Canales 32 Canales

DAHUA 10 W 10 W 15 W 30 W

HIKVISION 15 W 15 W 20 W 65 W Fuente: Autor

Tabla de consumo prácticas CCTV. Los resultados fueron tomados con

un elemento medidor de potencia. En la tabla 4 se ve el consumo de

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potencia por cada dispositivo independiente cámaras, DVR y el sistema

completo que consta de 2 cámaras y DVR.

Tabla 4. Consumo del Sistema CCTV

Elemento Valor del Medidor (KW/H)

Consumo (KW/12H)

Consumo (W/H)

Inicial 1,26 0 0

DVR noche 1,39 0,13 10,80

DVR con Cámara bala 1,62 0,23 19,16

DVR con cámara domo 1,85 0,23 19,16

Cámara bala 1,88 0,03 2,50

Cámara domo 1,91 0,03 2,50

DVR con 2 cámaras 2.17 0,26 21,66

DVR con 4 cámaras 2.47 0.30 25,50

Fuente: Autor

9.1.2 Análisis. Se elige el CCTV de marca HikVision por ser el sistema que

más genera consumo y con este diseño se cubriría las necesidades de los

CCTV de condiciones de consumo menores.

Tabla de consumo sistema CCTV elegido. En la siguiente tabla 5 se

muestra los valores de voltaje, corriente y potencia del CCTV elegido.

Todo el CCTV tiene un voltaje de funcionamiento de 12V, la potencia total

es la suma de la potencia individual de cada equipo y la corriente total es

la división de la potencia total sobre el voltaje total.

Con esta información se podrá verificar las características necesarias para

seleccionar el panel solar.

𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 𝑃𝐶1 + 𝑃𝐶2 + 𝑃𝐶3 + 𝑃𝐶4 + 𝑃𝐷𝑉𝑅

𝐼𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿

𝑉𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿

Tabla 5. Consumo del Diseño

Sistema CCTV

Cámaras Domo Cámaras Bala Dvr 4 Canales Total

Voltios 12,00V 12,00V 12,00V 12,00 V

Amperios 0,67ª 0,67A 0,67A 2,58 A

Vatios 8,00W 8,00W 8,00W 31,00W

Fuente: Autor

37

Sistema de electricidad solar. Se documentan las características

técnicas de 3 paneles solares obtenidas por el fabricante, (ver tabla 6).

Según las condiciones de la tabla 4 no se puede elegir el primer panel

descrito ya que puede limitar la corriente máxima del sistema de 2,5A, y

se elige el siguiente panel de 80W que cumple con la condición de

potencia y corriente.

Tabla 6. Características de Paneles Solar

Panel Policristalino

Potencia Máxima 50,46 W 80,3 W 100,38

Tolerancia % ±3% ±3% ±3%

Tensión de Circuito Abierto(VOC) 22,02 22,02 22,02

Voltaje de Alimentación Máximo (Vmp) 17,36 17,36 17,36

Corriente Máxima de Potencia (Imp) 2,85 4,55 5,69

Corriente de Cortocircuito (ISC) 3,45 5,5 6,29

Eficiencia del Módulo % 14,2 15,8 14,7

Eficiencia de Células Solares 17,1 18,3 17,1

Fusible Series (A) 10 10 10

Caja de Terminales IP65 IP65 IP65

Voltaje Máximo del Sistema (V) DC1000 DC1000 DC1000

Temperatura de Funcionamiento (°C) -40°C + 85°C -40°C + 85°C -40°C + 85°C

Dimensiones (Cms) 51,5 x 68.5 67 x 75,8 67 x 101,6

Fuente: Autor

Las baterías utilizadas en la implementación de sistemas de energía solar

son de litio, que según su controlador de carga tienen las siguientes

condiciones30:

Batería al 100% (totalmente cargada) = 12,7 V (voltios) Batería al 75% = 12,5 V Batería al 50% = 12,2 V Batería al 30% = 12 V Batería descargada = 11,6 V.

30 DAMIA SOLAR. Conoce el nivel de carga de una batería solar según su voltaje. 27 de Mayo de 2015. [En Línea]. [Citado 9 de abril, 2017]. URL. https://www.damiasolar.com/actualidad/blog/articulos-sobre-la-energia-solar-y-sus-componentes/nivel-de-carga-bateria-solar-segun-su-voltaje_1

38

9.2 DISEÑO

Se realiza la caracterización eléctrica dividida en: Tipo, cantidad de cámaras y potencia por horas del sistema CCTV. Con esta información se diseña el sistema de energía solar adecuada a cada instalación a realizar, el sistema de video vigilancia y los parámetros a controlar, (ver figura 12). Figura 12. Diagrama de Bloques Control

Fuente: Autor

En esta figura 12 se muestra el diseño completo del control por medio de un

diagrama de bloques, donde se tiene:

Tiene dos entradas de electricidad, una entrada de la batería sistema de

energía solar y la otra entrada de electricidad AC de 120V.

En la entrada de la batería se encuentra un medidor de voltaje que

verificara líneas de carga de la batería.

El comparador según el voltaje que muestre el medidor, indicará si la

batería esta carga.

En la entrada de la electricidad AC una fuente de poder que cuenta con

un convertidor AC/DC que realiza la conversión de 120V a 12V.

El activador indica si la batería esta lista para funcionar.

MEDIDOR

DE

VOLTAJE

Comparador

Vin - Consumo

Activador

SI

Convertidor

AC-DC CONTROL

MEDIDOR DE

CONSUMO

BATERIA

A

ELECTRICIDAD

SALIDA DE DATOS SALIDA

39

El control es el que realiza la conmutación entre la batería y la fuente de

poder y el que da la salida a la alimentación del sistema CCTV.

La TIVA medirá el consumo y lo reportara el servidor de la página web.

La salida de datos es el puerto de comunicación cableado o inalámbrico

hacia internet.

La salida es la alimentación del circuito cerrado de televisión.

9.2.1 Diseño electrónico. Se realizará el diseño simulado de todo el sistema

electrónico y de potencia, (ver figura 13).

En la figura 13 se puede visualizar:

El numero 1 un jumper de 4 pines, en la posición 1 y 2 es la alimentación

de la batería de panel solar y la fuente y la posición 3 y 4 es la salida de

medición de voltaje para el sistema de control.

En el numero 2 un divisor de voltaje, asegura una resolución de hasta 3.3.V que tiene como referencia la tarjeta de programación.

El numero 3 el limitador de corriente, que se implementó en la etapa del divisor de voltaje ya que por ser la entrada al sistema embebido y por sus cargas se protege de picos de corriente.

Numero 4 la etapa de pre amplificación como protección de picos de corriente que podría generar los M.O.S.F.E.T con la carga de batería y fuente DC.

Numero 5 el M.O.S.F.E.T, el cual se escogió como sistema de activación que depende de la tensión ingresada por el pin drenaje el cual se controlaría por el sistema embebido programable.

El numero 6 la carga, la cual se encuentra en el pin fuente del M.O.SF.E.T y es la entada del sistema CCTV.

40

Figura 13. Diagrama Esquemático

Fuente: Autor

41

Esta tabla 7, se muestra las características que tiene cada componente que

se utiliza en la implementación del circuito de conmutación, con esto se puede

corregir perdida de voltaje o altas corriente que pasen.

Tabla 7. Características de Consumo

Ítem Consumo

Voltaje Amperios

Tiva SimpleLink 5,0V 1,0A

Divisor de Voltaje 12,0V/ 3.3V O,3 A

Preamplificador 3.3V 0,3A

M.O.S.FE.T IRF 520N 5,0V 0,9A

Sistema Final 12,0V 2.5A

Fuente: Autor

Diseño de control y programación. El sistema embebido ilustrado en la

tabla 8 desarrolla el control total de monitoreo y activación del sistema de

conmutación. Verifica las entradas de alimentación, su estado y capacidad

para con esta información realizar las activaciones necesarias para

mantener el sistema operativo; para este diseño se eligió la TIVA

SimpleLink WIFI CC3200, la cual tiene conexión WIFI y tiene la facilidad

de enlace sin infraestructura adicional. Este sistema embebido tiene una

interfaz USB para PC y con ella se desarrolla la programación en el

software libre llamado energía.

Tabla 8. Características de SimpleLink WI-FI CC3200

SimpleLink WI-FI CC3200 LaunchPad

Microcontrolador Inalámbrica(MCU) en el paquete QFN

Interfaz USB al PC para CCS/IAR utilizando controladores USB FTDI

2 Conectores de 20 pines permite la compatibilidad con BoosterPacks

Plataforma de desarrollo independiente con sensores, LEDs y pulsadores

Energía de USB para el área de ejecución

Funciona de las pilas alcalinas 2AA

Fuente: Autor En la Figura 14 se muestra un control de flujo del sistema programable que se diseñó para el control, donde se ilustra la toma de decisiones que debe realizar el sistema para realizar la conmutación de la batería de panel solar y de la fuente, (ver Anexo B: Código).

42

Figura 14. Diagrama de Flujo Programación

Fuente: Autor

INICIO

FUENTE

Leer Fuente

Leer Batería

Batería >= 244

Imprime Batería

Batería < 234

Imprime Fuente

Leer Batería

Fuente <=0 Y

Batería <= 140

Imprime Batería Respaldo

Leer Fuente

FIN

SI

SI

SI

NO

NO

NO

43

9.3 IMPLEMENTACIÓN Y EVALUACIÓN

En la figura 15 se muestra el sistema completo de implementación de todo el sistema integrado, que lo compone el sistema de energía solar, la fuente de poder, el control de sistema embebido programables y la salida al sistema de circuito cerrado de televisión. Figura 15. Diagrama de Sistema Completo

Fuente: Autor 9.3.1 Sistema de Energía Solar. Según los cálculos realizados del sistema

completo de CCTV se implementó un panel de 80W en el tejado de la casa

con 30° de inclinación con orientación de oriente a occidente. Una batería de

12V a 24 A y un regulador evitando pico de corriente, (ver figura 16).

PANEL SOLAR

REGULADOR DE ENERGIA

BATERIA SOLAR

CONTROL

PAGINA WEB

SISTEMA

CCTV

FUENTE DE PODER 12V

44

Figura 16. Instalación Panel Solar

Fuente: Autor 9.3.2 Sistema CCTV Implementado. Se implementa el sistema que incluye

dos cámaras internas, 2 cámaras externas y su centro de mando el DVR.

Se instala una cámara externa con dirección al panel solar, (ver figura 17,

A) y la otra cámara externa hacia el frente de la vivienda, (ver figura 17,

B).

Se instala una cámara interior mirando hacia el funcionamiento del

sistema de conmutación, (ver figura 17, C) y la otra al interior de la

vivienda, (ver figura 17, D).

Figura 17. Instalación CCTV A: Cámara Externa; B: Cámara Externa; C: Cámara Interna; D: Cámara Interna; E: DVR sistema de grabación

A

B

C

D

E

Fuente: Autor

45

9.3.3 Implementación en caja de seguridad. Se diseña una caja de

seguridad para protección del sistema, (ver figura 18).

Figura 18. Integración del Sistema Final A: Dispositivos internos; B: Dispositivos Externos

A

B

Fuente: Autor

Elementos internos. Los elementos que tiene la caja de seguridad son

en sus entradas como se muestra en 1 y 2 de la figura19: Se implementa un sistema de doble protección con limitador de voltaje y corriente de entrada, diodos rectificadores que impiden el ingreso de corrientes y fusibles de entrada como protección de la TIVA. En la figura 19 sobre los recuadros 3 y 4: se implementa un sistema de potencia de salida y conmutación para el sistema CCTV con un módulo M.O.S.FE.T IRF840, una etapa de pre amplificación y seguridad de diodo rectificador.

Figura 19. Circuito Impreso Electrónico

Fuente: Autor

46

Figura 20. Layout Circuito Electrónico

Fuente: Autor

47

Procesamiento. Se ilustra en la figura 21, en el recuadro numero 1 la

batería del sistema de energía solar panel solar, en el recuadro 2 la fuente

de poder y en el numero 3 el sistema embebido programable.

Figura 21. Interior Del Sistema de Conmutación

Fuente: Autor 9.3.4 Página Web. El sitio web tiene un desarrollo local en código PHP la

cual se ingresa por medio del portal corporativo de la empresa Nissitech SAS

® en la que realicé la práctica empresarial.

La comunicación se realiza a través de conexión WIFI a internet programando un servidor web y con una conexión HTTP para el envío de los datos, se ilustra en la figura 22 el envío de la información al servidor web y la captura de datos por medio de un servicio telnet.

48

Figura 22. Servidor web programado en el sistema embebido

Fuente: Autor

Pestaña Principal. La pestaña principal como se ilustra en la figura 23

cuenta con botón de ingreso para usuarios registrados los cuales pueden

acceder por un usuario y contraseña. Si el usuario no está registrado

puede acceder a crear una cuenta.

49

Figura 23. Muestra de la Página

Fuente: Autor

Graficas de consumo y ahorro. En esta parte de la página se podrá visualizar dos graficas de dispersión

ilustrada en la figura 24. La primera grafica muestra la cantidad de energía solar utilizada y otra energía eléctrica. La gráfica de ahorro visualiza la cantidad de dinero ahorrada por el usos de le energía solar.

50

Figura 24. Muestra de las Gráficas de Consumo

Fuente: Autor

51

Evaluación. Para el desarrollo de las pruebas de funcionalidad se divide

el ciclo en 3 partes, la parte inicial la lectura de la Fuente DC con la cual empieza el sistema, (ver figura 25, A) y la visualización de las cuatro cámaras instaladas en la casa.

El siguiente es cuando la Batería Solar ya se encuentra cargada y podrá suministrar la energía al sistema, (ver figura 25, B) y la visualización de las cámaras sin ningún cambio en ellas, (ver figura 25, D).

Por último es el regreso a la Fuente DC cuando la Batería se encuentra en un rango bajo de alimentación, este estado permanecerá hasta que la batería del panel solar no este nuevamente cargada y se repetirá el ciclo, (ver figura 25, C).

Figura 25. Ciclo de Programación A: Inicio de Programación (Alimentación Fuente DC); B: Ciclo de Programación (Alimentación Batería Solar); C: Ciclo de Programación (Alimentación Fuente DC); D: Visualización de las Cámaras en la Conmutación

A

B

C

D

Fuente: Autor

52

CONCLUSIONES

Se logró demostrar la activación del sistema CCTV conmutando 2 fuentes de alimentación diferentes por medio de un control programable la cual pueda realizar cambios y corrección de errores sobre las mediciones de entrada y salida. En consecuencia el diseño inicial sufrió cambios a través del desarrollo experimental, y se hizo necesario utilizar sistemas de protección después del daño y posterior cambio de los componentes, también alineándose a las nuevas tendencias de trasmisión de información se cambió el diseño cableado de comunicación por un diseño WIFI el cual permite la facilidad de conexión sin infraestructura adicional.

Se concluye que gracias a la página web implementada logra beneficiar al usuario mostrando en graficas el estado de consumo y ahorro que obtiene el sistema de esta manera se identifica los ahorros presentes, tiempos en los cuales pueden recuperar esa inversión, esto ayuda a que los interesados en el sistema adquieran el sistema de generación de electricidad renovable.

En el trabajo de grado en la modalidad de práctica empresaria se evidencio que las empresas de generación de electricidad convencional deben comprometerse a asesorar e implementar sistemas de generación de energía limpia, todo esto apoyado por políticas y ayudas estatales

Se concluye que los estudios realizados en los diferentes sistemas CCTV varían sus características de consumo dependiendo de las marcas, características técnicas y cantidades por este motivo se tiene que complementar el estudio.

53

RECOMENDACIONES

Se recomienda ampliar los parámetros del estudio, teniendo en cuenta la potencia reactiva, activa e inductiva de cada equipo para obtener una solución estándar que abarque las necesidades de más clientes, personas o empresas.

Es mejor frente a eficiencias de carga de baterías y que disminuye las limitaciones climáticas los paneles monocritalinos, aunque su precio es mayor se aconseja su utilización para este sistema.

Se recomienda a la empresa diseñar un sistema embebido propio con los parámetros del estudio y que cumpla con las funcionalidades propuestas, ya que el modulo utilizado es de una compañía externa.

54

BIBLIOGRAFÍA

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Por la cual se regula la integración de las energías renovables no

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solares-tipo-poste-para-cctv.html

57

ANEXOS

ANEXO A MANUAL USUARIO

El sistema de conmutación es fácil de usar y solo requiere de unas pocas

conexiones para su funcionamiento.

CONEXIONES

Tiene 5 conexiones para el sistema CCTV que lo compone 4 cámaras y 1

DVR, los puertos para cámaras pueden ser utilizados en su totalidad o en

una cantidad menor.

Cuenta con una conexión para el panel solar.

Tiene una conexión a internet para el envío de información o

programación.

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ALIMENTACIÓN

Cuenta con un cable de conexión a la red eléctrica 120V con un polo a tierra,

esta se debe alimentar para que el sistema de conmutación funcione.

ENCENDIDO

Este cuenta con un sistema de encendido y apagado por un interruptor

manual.