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CAPÍTULO II 
 
MARCO TEÓRICO 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO II 
 
MARCO TEÓRICO 
 
En este capítulo se muestra la descripción de los elementos teóricos 
planteados por diferentes autores y que permiten al investigador 
fundamentar su proceso de conocimiento a través de la diversidad de 
definiciones y desarrollo del tema en estudio. 
 
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN 
 
Para los suscriptores residenciales es importante, la disminución de la 
energía eléctrica facturada. Se han realizados diferentes trabajos a nivel 
nacional e internacional para disminuir dichas pérdidas, entre los 
cuales se encuentran trabajos para reducir pérdidas técnicas. 
 En el año 2007, Amner E. de Paz M. presento ante la Universidad de 
Carabobo un trabajo titulado “Diseño de un equipo para indicar el 
consumo de energía eléctrica, en sectores de bajos ingresos, con 
tecnología de microcontroladores” está enmarcado en la solución de una 
problemática presente en la empresa ELEVAL, como son las perdidas 
eléctricas no técnicas específicamente las generadas por la energía 
facturada no cancelada, es un problema factible porque es la solución 
posible a un problema tipo práctico, para satisfacer las necesidades de 
la empresa Electricidad de Valencia. El objetivo general era diseñar un 
equipo para indicar el consumo de energía eléctrica, para sectores de 
bajos recursos, con tecnología de microcontroladores. 
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 Con este equipo se lograría la disminución de las pérdidas no técnicas 
a la empresa y con ello un incremento en sus ingresos. Así mismo, el 
usuario podrá controlar su consumo, y así tener la posibilidad de cancelarlo. 
Por otra parte, se disminuirá la posibilidad a los usuarios de realizar daños a 
equipos de medición, conexiones ilegales y por consecuencia 
desmejora la calidad de servicio (nivel de tensión, continuidad). 
 Adicionalmente, al disminuir las pérdidas no técnicas se está 
contribuyendo con el ahorro de combustibles en las plantas de 
generación termo-eléctricas, ya que la energía que era consumida y no 
cancelada podrá ser utilizada para cumplir con parte de la demanda que 
cubre las plantas termo-eléctricas. La investigación se desarrolló con los 
métodos de investigación cualitativo y cuantitativo. 
 Para los casos que implique medición de variables y evaluación de 
parámetros se usó el método cuantitativo por su carácter de 
cuantificación que permitió la utilización de procedimientos numéricos y 
para la presentación de los resultados se utilizó el método cualitativo 
ya que se utilizaron señales visuales y auditivas para representar los 
resultados. Esta investigación aporta conocimientos sobre el diseño de un 
equipo para indicar el consumo de energía eléctrica, que es el objetivo 
de la investigación con ciertas modificaciones, como lo es el protocolo de 
comunicación a utilizar. 
 En el año 2011, Catalina Huérfano Rodríguez Paula Adriana presentó 
ante la Fundación Universitaria Konrad Lorenz, un trabajo titulado “Estudio 
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para reducción de consumo energético en Colombia basado en tecnología 
Domótica”. En este trabajo se estudian varios protocolos de comunicación 
utilizados en la domótica, como el que vamos a emplear, el “protocolo X-10” 
que serán implantadas a las redes de distribución de energía eléctrica, ya 
que estas redes de energía han sido utilizadas desde hace mucho tiempo 
por las compañías distribuidoras como medio de transmisión de datos a baja 
velocidad. Sin embargo, en la segunda mitad de los años 90 experimentó un 
notable impulso la investigación en sistemas de transmisión de banda ancha 
sobre redes eléctricas. 
En esta tesis se abordan los puntos clave para comprender el tema 
domótico y los posibles caminos a tomar para que la implantación de 
domótica en Colombia con el fin de que el ahorro energético sea un éxito, 
usando el protocolo X-10 en el interior de viviendas y pequeñas oficinas 
como medio de transmisión de señales digitales de banda ancha. Para tal fin 
de mejorar el rendimiento de la transmisión de las señales digitales de banda 
ancha, se lleva a cabo una caracterización de sus propiedades mediante 
medidas. Esta investigación aporta conocimientos sobre el uso del protocolo 
X-10, que es el protocolo de comunicaciones que se desea usar y lo que 
diferencia al dispositivo de medición de los usados comercialmente. 
 En el año 2008, Sánchez Garduño Néstor David, presentó ante el 
Instituto Politécnico Nacional de México, un trabajo titulado "Automatización 
de iluminación de un edificio gubernamental". 
 La finalidad de esta tesis es entregar una mayor información sobre la 
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tecnología X-10, como sus bases teóricas y de cómo aprovecha el tendido 
de red eléctrica para la lectura, corte y reconexión de los contadores de 
energía eléctrica mediante la utilización de equipos adecuados. La 
tecnología X-10 también permite ofrecer una diversidad de servicios de 
telecomunicaciones, tales como: voz, video y datos, el cual se lo conoce 
como triple-play. Al momento de transmitir datos por el tendido eléctrico se 
presentan diferentes tipos de interferencias. Una gran parte de estas 
interferencias es causada por maquinaria eléctrica. 
Las características de los cables del tendido eléctrico tienen una gran 
importancia para el diseño de la estructura de comunicaciones ya que el 
valor de sus parámetros longitudinales como transversales son necesarios 
para obtener las pérdidas que presenta cada cable ya sea este aéreo o 
subterráneo, para acometida o de distribución. Sin embargo no son las 
únicas pérdidas que se toman en cuenta, las perdidas por ruido impulsivo, 
las pérdidas por reflexión y las pérdidas por acoples son valores influyentes 
al momento del cálculo. 
Para solucionar los problemas de ruido en las líneas de transmisión de 
energía eléctrica y alcanzar la taza de datos necesaria para la transmisión y 
lograr el acceso de banda ancha se utilizan mecanismos de transmisión 
como la modulación OFDM que disponen los equipos. Entonces, una red de 
acceso X-10 consiste de un equipo cabecera o estación centralizadora 
(Head-End) que transmite y recibe información desde el equipo del cliente 
(CPE). Esta investigación aporta información sobre el uso del protocolo X-10 
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ayudándonos a entender su funcionamiento para poder aplicarlo a nuestro 
proyecto de tesis. 
 
2. BASES TEÓRICAS 
 
Las bases teóricas son todos aquellos principios o teorías que permiten 
dar el conocimiento al investigador para llevar a cabo el trabajo y darle de 
manera formal el apoyo para dar respuesta a los objetivos establecidos, 
entre ellas se encuentran las siguientes: 
 
2.1. TOPOLOGÍA DE RED 
 
 Según Rob (2006, p. 804). El término topología de red se refiere a la 
manera en que los datos viajan a lo largo de la red, la cual está 
estrechamente relacionada con la manera en que las computadoras están 
conectadas físicamente 
 Para Higuera y García (2007, p. 231), se llaman topologías de red a 
las diferentes estructuras de intercomunicación en las que es posible 
organizar las redes de transmisión de datos entre dispositivos. Cada 
topología de red lleva asociada una topología física y una topología 
lógica. 
 
2.2. TOPOLOGÍA FÍSICA 
 
Para Duran (2007, p. 416), la distribución de los dispositivos de una red 
se conoce como su topología física. Una red local (Local área Network, LAN) 
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puede presentar básicamente tres topologías distintas: la topología de bus, la 
de estrella y la de anillo, pudiéndose dar casos de topologías combinadas, 
como la de árbol, siendo ésta la topología física utilizada en el complejo. 
Las redesno están limitadas a una determinada topología. En realidad, 
cuanto más grande sea la red, mayor es la probabilidad de que se utilicen 
varias topologías a la vez, resultando así una topología combinada: la de 
árbol. En esta topología tiene lugar un escalamiento de la red global 
mediante concentradores de cables, hubs y switches. 
Areitio y Areitio (2009, p. 106), definen que la topología de árbol es un 
ejemplo generalizado del esquema de bus. El árbol tiene su primer nodo en 
la raíz, y se expande hacia el exterior utilizando ramas, en donde se 
encuentran conectados los demás ordenadores. Esta topología permite que 
la red se expanda, y al mismo tiempo asegura que sólo exista una ruta de 
datos entre dos ordenadores cualesquiera. La falla de un nodo no implica 
interrupción en las comunicaciones. 
 
2.3. TOPOLOGÍA LÓGICA 
 
 Para Higuera y García (2007, p. 231), la topología lógica es un conjunto 
de reglas normalmente asociado a una topología física, de forma que se 
define el modo en que se realiza la transmisión de los datos de la red. La 
elección de la topología de red es una decisión de gran importancia, ya que 
la utilización de una topología concreta influye en aspectos como velocidad 
de expansión de la red, entre otros. 
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 Para Buettrich (2007, p. 2) la topología lógica hace referencia a un nivel 
más abstracto, considerando por ejemplo el método y flujo de la información 
transmitida entre nodos. 
 
2.4. ENERGÍA ELÉCTRICA 
 
Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la 
existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite 
establecer una corriente eléctrica entre ambos —cuando se los pone en 
contacto por medio de un conductor eléctrico— y obtener trabajo. La 
energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, 
tales como la energía luminosa, la energía mecánica y la energía 
térmica. 
 
2.5. LA CORRIENTE ELÉCTRICA 
 
La energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, 
como el movimiento de cargas eléctricas negativas, o electrones, a 
través de un cable conductor metálico como consecuencia de la 
diferencia de potencial que un generador esté aplicando en sus 
extremos. 
 
2.6. MEDICIÓN 
 
De acuerdo con la definición clásica del término —ampliamente 
difundida— medir significa “asignar números a objetos y eventos de acuerdo 
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a reglas” (Stevens, 1951). Sin embargo, como señalan Carmines y Zeller 
(1979), esta definición es más apropiada para las ciencias físicas que para 
las ciencias sociales, ya que varios de los fenómenos que son medidos en 
éstas no pueden caracterizarse como objetos o eventos, puesto que son 
demasiado abstractos para ello. 
 La disonancia cognitiva, la alienación, el producto nacional bruto y la 
credibilidad son conceptos tan abstractos para ser considerados cosas que 
pueden verse o tocarse” (definición de objeto) o solamente como “resultado, 
consecuencia o producto” (definición de evento). 
 
2.7. CANAL DE COMUNICACIÓN 
 
 Un canal de comunicación es el medio de transmisión por el que viajan 
las señales portadoras de la información emisor y receptor. Es frecuente 
referenciarlo también como canal de datos. 
 
2.8. CONSUMO NETO 
 
 Suma de la energía destinada a abonados consumidores y del 
"autoconsumo". Equivale a la producción neta, menos las pérdidas de 
energía destinadas que tienen lugar durante el transporte y la distribución 
hasta los usuarios, menos el consumo en bombeo y menos el saldo de los 
intercambios con el extranjero. 
 
2.9. CONDUCTORES 
 
 Es el material metálico (alambre o conjunto de alambre no aislado 
entre sí), adecuado para el transporte de la corriente eléctrica. 
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2.10. EPROM 
 
 Es una PROM que se puede borrar. Erasable PROM (PROM 
"borrable"). Se la borra bajo una luz ultravioleta de alta intensidad y, luego, 
se puede volver a programarla. 
 
2.11. EEPROM 
 
(Electrically Erasable Programmable ROM, ROM 
programable, borrable eléctricamente). Está conformada por un chip 
de almacenamiento no-volátil. Como sus contenidos pueden ser 
borrados y, posteriormente, se puede volver a grabar bajo control de 
determinados programas (software). 
 
2.12. ENERGÍA FINAL 
 
Energía suministrada al consumidor para ser convertida en energía 
útil. 
2.13. FUSIBLE 
 
 Hilo o chapa metálica, fácil de fundirse, que se coloca en algunas 
partes de las instalaciones eléctricas, para que, cuando la corriente sea 
excesiva, la interrumpa fundiéndose. 
 
2.14. MICROCONTROLADOR 
 
 Circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres 
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unidades funcionales de un ordenador: CPU, Memoria y Unidades de 
E/S, es decir, se trata de un computador completo en un solo circuito 
integrado. Aunque sus prestaciones son limitadas, además de dicha 
integración, su característica principal es su alto nivel de especialización. 
 
2.15. MICROPROCESADOR 
 
 Conjunto de circuitos electrónicos altamente integrado para cálculo y 
control computacional, es utilizado como Unidad Central de Proceso en un 
sistema microordenador y en otros dispositivos electrónicos 
complejos. 
 
2.16. POTENCIA 
 
 La velocidad con la que se consume o suministra energía de un 
sistema. Potencia = Energía/tiempo. La unidad de medición de la potencia 
es el Watt o Vatio (W). 
 
2.17. KILOWATT-HORA 
 
 Unidad de energía utilizada para registrar los consumos. Equivale al 
consumo de un artefacto de 1.000 W de potencia durante una hora. 
 
2.18. TENSIÓN NOMINAL DE UN APARATO 
 
 Tensión prevista de alimentación del aparato y por la que se designa. 
También gama nominal de tensiones o intervalo entre los límites de tensión 
previstas para alimentar el aparato. 
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2.19. PROTOCOLO DE COMUNICACIONES X-10 
 
X-10 es un protocolo de comunicaciones para el control remoto de 
dispositivos eléctricos. Utiliza la línea eléctrica (220V o 110V) para transmitir 
señales de control entre equipos de automatización del hogar en formato D. 
 
2.20. MEMORIA RAM 
 
 (Random Access Memory - Memoria de Acceso Aleatorio) es el tipo de 
memoria basada en semiconductores, existente en un chip, en la que se 
puede acceder directamente a cualquier posición, sin tener que seguir una 
secuencia de posiciones de almacenamiento. 
 
2.21. REDES 
 
 Stallings (2000, p.731). Las redes constan de varias computadoras 
conectadas entre sí, que a su vez permiten compartir recursos e información, 
donde los primeros son los dispositivos o las áreas de almacenamiento de 
datos de un ordenador y la segunda suele consistir en archivos y datos. Es 
una colección que proporciona interconexión entre varios dispositivos de 
comunicación de datos entre estaciones conectadas a la red. 
 
2.22. PROTOCOLOS DE RED 
 
Los conjuntos de protocolos son colecciones de protocolos que posibilitan 
la comunicación de red desde un host, a través de la red, hacia otro host. Un 
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protocolo es una descripción formal de un conjunto de reglas y convenciones 
que rigen un aspecto particular de cómo los dispositivos de una red se 
comunican entre sí. Los protocolos determinan el formato, la sincronización, 
la secuenciación y el control de errores en la comunicación de datos. Sin 
protocolos, el computador no puede armar o reconstruir el formato original 
del flujo de bits entrantes desde otro computador. 
De la misma manera, los protocolos controlan todos los aspectos de la 
comunicación de datos, que incluye lo siguiente: Cómo se construye la red 
física, cómo los computadores se conectan a la red, cómo se formatean los 
datos para su transmisión, cómo se envían los datos, cómo se manejan loserrores. Tomasi (2003, p. 605). 
 
2.23. RED ELECTRICA 
 
Una red eléctrica es una red interconectada que tiene el propósito de 
suministrar electricidad desde los proveedores hasta los consumidores. 
Consiste de tres componentes principales, las plantas generadoras que 
producen electricidad de combustibles fósiles (carbón, gas natural, biomasa) 
o combustibles no fósiles (eólica, solar, nuclear, hidráulica); Las líneas de 
transmisión que llevan la electricidad de las plantas generadoras a los 
centros de demanda y los transformadores que reducen el voltaje para que 
las líneas de distribución puedan entregarle energía al consumidor final. 
 
2.24. MEMORIA ROM 
 
Es una memoria no-volátil; es decir que los datos almacenados subsisten 
incluso después que se interrumpe el suministro de corriente eléctrica. 
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2.25. SENSOR 
 
Es un dispositivo que detecta, o sensa manifestaciones de 
cualidades o fenómenos físicos, como la energía, velocidad, aceleración, 
tamaño, cantidad, color, entre otros. 
 
2.26. SISTEMA DE MEDICION 
 
 Son los componentes necesarios para la medición de potencia y 
energía eléctrica activa y reactiva y de otros parámetros involucrados en la 
prestación del servicio de electricidad; incluyendo medidores, cables de 
conexión, equipos de protección, transformadores de instrumentos y demás 
elementos necesarios para la medida, registro y comunicación de la 
información. 
Kilowatt-hora: Unidad de energía utilizada para registrar los consumos. 
Equivale al consumo de un artefacto de 1.000 W de potencia durante una 
hora. 
 
2.27. SIMULADOR 
 
Son capaces de ejecutar en un PC programas realizados 
para el microcontrolador. Los simuladores permiten tener un control 
absoluto sobre la ejecución de un programa, siendo ideales para la 
depuración de los mismos. Su gran inconveniente es que es difícil simular 
la entrada y salida de datos del microcontrolador. Tampoco cuentan con 
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los posibles ruidos en las entradas, pero, al menos, permiten el paso físico 
de la implementación de un modo más seguro y menos costoso, puesto que 
ahorraremos en grabaciones de chips para la prueba in-situ. 
 
2.28 TRASFORMADOR 
 
 Consiste en dos devanados conductores que se ejercen inducción 
mutua. El primario es el devanado que recibe la potencia eléctrica, y 
el secundario es el que pueda entregarla a una red exterior. 
 
3. SISTEMAS DE VARIABLES 
 A continuación se mostrará una conceptualización de las variables de 
la investigación según el criterio de un autor, luego se definirán 
operacionalmente buscando la aplicación de las mismas en la investigación. 
 
3.1. DEFINICIÓN NOMINAL 
 
 Registrador de Potencia 
 
3.2. DEFINICIÓN CONCEPTUAL 
 
 El registrador potencia tiene la función de activarse cuando se 
produzca una perturbación en el sistema, ya sea por el cambio brusco en la 
generación o en la carga, capturando y almacenando este tipo de 
eventos para su posterior análisis. Los valores de frecuencia, potencia 
activa, potencia reactiva y potencia aparente se obtienen de los valores 
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medidos de voltaje y corriente. Con los resultados almacenados, se realiza 
una transformación de Fourier rápida, obteniéndose así el valor de la 
fundamental y para cada armónico sus componentes real e imaginario. 
Kléber Vásquez (2010) 
 
3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL 
 
 El dispositivo permite medir la potencia eléctrica consumida por los 
aparatos, permitiendo saber el costo de la utilización de los mismos en un 
periodo de tiempo. Registra y almacena los datos para ser utilizados como 
un histórico de la electricidad consumida por los equipos del hogar, utilizando 
la red eléctrica de la misma (Protocolo X-10) para transmitir la información a 
un computador donde serán almacenados.