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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.