Publicación:
Diseño y prototipado de un banco de pruebas para simulación de fallas por arco eléctrico

dc.contributor.advisorGómez Hernández, Héctor Francisco
dc.contributor.advisorBarrera, Gustavo
dc.contributor.authorde la Cruz Chacón, Herbert Estuardo
dc.date.accessioned2026-05-20T18:40:49Z
dc.date.issued2025
dc.descriptionFormato PDF digital — 79 páginas — incluye gráficos, tablas y referencias bibliográficas.
dc.description.abstractEl crecimiento acelerado de la energía solar fotovoltaica ha incrementado la necesidad de fortalecer la seguridad en las instalaciones, especialmente en la prevención de fallas por arco eléctrico, una de las principales causas de ignición en los sistemas solares. En Guatemala, la empresa Zona Solar enfrenta la limitación de no contar con un dispositivo que permita simular de manera controlada y segura este tipo de fallas, lo que dificulta demostrar a clientes y técnicos la capacidad de los inversores Huawei para detectar y desconectar módulos defectuosos. El objetivo de este trabajo fue diseñar, prototipar y validar un banco de pruebas capaz de reproducir arcos eléctricos en condiciones representativas y seguras, con fines demostrativos, educativos y de investigación. Los resultados evidenciaron que el prototipo cumplió con los requisitos establecidos por la norma UL1699B, permitiendo generar arcos eléctricos con una separación de 0.8 mm y una duración máxima de 0.5 segundos en un entorno seguro y portátil de 13.8 kg. Se concluye que el banco de pruebas representa una herramienta innovadora para el sector fotovoltaico nacional, al ofrecer un dispositivo seguro, replicable y de bajo costo, que contribuye al fortalecimiento de la seguridad eléctrica, la formación técnica y la confianza en la energía solar.spa
dc.description.abstractThe accelerated growth of solar photovoltaic energy has increased the need to strengthen safety measures in installations, especially in the prevention of electric arc faults, one of the main causes of ignition in solar systems. In Guatemala, the company Zona Solar faces the limitation of not having a device capable of simulating this type of fault in a controlled and safe manner, making it difficult to demonstrate to clients and technicians the capability of Huawei inverters to detect and disconnect defective modules. The objective of this work was to design, prototype, and validate a test bench capable of reproducing electric arcs under representative and safe conditions for demonstration, educational, and research purposes. To achieve this, the engineering design process was applied, including the identification of needs through interviews and field visits, the definition of requirements based on international standards, computer-aided design, the selection of insulating and resistant materials, and fabrication using combined techniques such as 3D printing, CNC machining, and laser cutting. The results demonstrated that the prototype complied with the requirements established by the UL1699B standard, allowing the generation of electric arcs with a separation of 0.8 mm and a maximum duration of 0.5 seconds within a safe and portable environment weighing 13.8 kg. Electronic tests confirmed the precision of the control system based on an Arduino UNO and a NEMA 17 motor, while feedback from the Zona Solar technical team validated its commercial, educational, and technical training utility. It is concluded that the test bench represents an innovative tool for the national photovoltaic sector by offering a safe, replicable, and low-cost device that contributes to strengthening electrical safety, technical training, and confidence in solar energy. Regarding future iterations, it is recommended to incorporate current, voltage, and temperature sensors to enable real-time data acquisition during simulations, as well as to develop a graphical interface for remote system control and monitoring. It is also suggested to expand the range of testing conditions in order to reproduce different fault scenarios and to develop training manuals and technical guides that facilitate its implementation in educational and demonstration environments, ensuring the continuity and improvement of the project.eng
dc.description.degreelevelPregrado
dc.description.degreenameLicenciado en Ingenieria Mecánica Industrial
dc.format.extent79 p.
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.urihttps://repositorio.uvg.edu.gt/handle/123456789/6414
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad del Valle de Guatemala
dc.publisher.branchCampus Central
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeniería
dc.publisher.placeGuatemala
dc.publisher.programLicenciatura en Ingenieria Mecánica Industrial
dc.relation.referencesAl Qabbani, G. (2021). Tests of Series Arcing and Arc Fault Detection Devices in Low Voltage Systems (Dissertation). https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva - 301621
dc.relation.referencesAbubakar, A., Almeida, C. F. M., & Gemignani, M. (2021). Review of Artificial Intelligence - Based Failure Detection and Diagnosis Methods for Solar Photovoltaic Systems. Machines, 9 (12), 328. https://doi.org/10.3390/machines9120328
dc.relation.referencesArias, C. A. C., Rairan, F. S. G., Calderón, I. A., & Vargas, Ó. E. G. (2020). Design of a Troubleshooting Digital Test Bench for the Beechcraft King C - 90, 200, B200, 300 and 350 Aircraft GCU. Ingeniería, 25 (3), 393 – 409. https://doi.org/10.14483/23448393.16903
dc.relation.referencesArduino. (2025). Placa Arduino UNO R3 [Fotografía]. Arduino. https://laelectronica.com.gt/arduino - uno - rev3?srsltid=AfmBOop3L5SQMRfUkdN - HzoZ7IzOgZdtQJYQ0VGijrWYW8quFWYcYsZJ
dc.relation.referencesArtale, G., Caravello, G., Cataliotti, A., Cosentino, V., Di Cara, D., Guaiana, S., Panzavecchia, N., & Tinè, G. (2021). Characterization of DC series arc faults in PV systems based on current low frequency spectral analysis. Measurement, 182 , 109770. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109770
dc.relation.referencesBudynas, R. G. (2018). Diseño en ingeniería mecánica de Shigley. México: McGraw - Hill Interamericana Editores, S.A.
dc.relation.referencesCardona, L. (octubre de 2011). Modelado y control de posición de una unidad de CD para aplicaciones en microscopía óptica. ResearchGate. https://www.researchgate.net/publication/225077669_Modelado_y_control_de_posicion_de _una_unidad_de_CD_para_aplicaciones_en_microscopia_optica
dc.relation.referencesDang, H., Kwak, S., & Choi, S. (2022). Parallel DC Arc Failure Detecting Methods Based on Artificial Intelligent Techniques. IEEE Access, 10 , 26058 – 26067. https://doi.org/10.1109/access.2022.3157298
dc.relation.referencesDaza, J. E. Z., González - Montoya, D., Bravo, E. E. H., Ramos - Paja, C. A., & Aponte - Roa, D. A. (2021). Plataforma de prototipos de control rápido para sistemas fotovoltaicos basados en Arduino y Simulink. Revista EIA, 18 (36). https://doi.org/10.24050/reia.v18i36.1470
dc.relation.referencesDomínguez, H. (2021). Diseño y fabricación de la estructura de un banco de pruebas para motores de combustión interna (MCI). https://hdl.handle.net/10901/19115
dc.relation.referencesDzhavatov, D., Uryupin, A., Kiselev, S., & Beloglazov, A. (2022). Analysis of the Influence of Arc Volt - Ampere Characteristics on Various Loads and Methods for Detecting Series Arc Faults. Journal of Engineering Science and Technology Review, 15 (4), 166 – 172. https://doi.org/10.25103/jestr.154.23
dc.relation.referencesEduardo, Q. C., De València Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática - Departament D’Enginyeria de Sistemes I Automàtica, U. P., & De València Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño - Escola Tècnica Superior D’Enginyeria del Disseny, U. P. (2023, 26 septiembre). Diseño de un método usando técnicas de inteligencia artificial y machine learning con Matlab para el mantenimiento y diagnóstico de fallos en paneles solares. http://hdl.handle.net/10251/197009
dc.relation.referencesInternational Energy Agency. (2025). Electricity Mid - Year Update 2025. International Energy Agency. https://iea.blob.core.windows.net/assets/cc64f0aa - 30e4 - 4497 - 9cca - 1ffae2c55fe5/ElectricityMid - YearUpdate2025.pdf
dc.relation.referencesInternational Standard Organization. (abril de 2010). ISO 286 - Geometrical product specifications (GPS) — ISO code system for tolerances on linear sizes.
dc.relation.referencesInversiones R.M. S.A. (2025). Cotización de plásticos de ingeniería. Documento no publicado.
dc.relation.referencesInversiones R.M. S.A. (2025). Ficha técnica de Nylon 6PA Natural (Ertalon).
dc.relation.referencesLi, X., Pan, C., Luo, D., & Sun, Y. (2020). Series DC Arc Simulation of Photovoltaic System Based on Habedank Model. Energies, 13 (6), 1416. https://doi.org/10.3390/en13061416
dc.relation.referencesMaggiore, P. (2021). Development of an experimental test bench for the validation of prognostic algorithms for electromechanical actuators. Webthesis. http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/20007
dc.relation.referencesNosotros | Zona Solar S.A. (s. f.). Zona Solar S.A. https://www.zona - solar.com/nosotros
dc.relation.referencesRomero - Piedrahita, C., Rodriguez - Valencia, A., & Monroy - Jaramillo, M. (2020). Ensamble e instrumentación de un banco de pruebas para arranque en motores de combustión interna. Revista UIS Ingenierías, 19 (3), 37 – 48. https://doi.org/10.18273/revuin.v19n3 - 2020004
dc.relation.referencesRúa - Ramírez, E., Mendoza - Jiménez, I., Torres - Suarez, E., Flórez - Serrano, E., & Serrano - Rico, J. (2021). Banco de pruebas didáctico para aprendizaje y medición del rendimiento de paneles solares fotovoltaicos. Revista UIS Ingenierías, 20 (2). https://doi.org/10.18273/revuin.v20n2 - 2021001
dc.relation.referencesSanchez, L. M., Jiménez, D. S., Valenzuela, M. R. C., & Jalil, J. M. N. (2024). Safety in Photovoltaic Systems Applied to Electric Arc. DYNA, 99 (4), 343. https://doi.org/10.52152/11204
dc.relation.referencesThermal Imaging and AI in Solar Panel Defect Identification. (2024). International Journal of Advanced Engineering Technologies and Innovations, 1 (3), 73 – 95. https://ijaeti.com/index.php/Journal/article/view/230
dc.relation.referencesUnderwriters Laboratories (UL). (2018). UL 1699B, Standard for Photovoltaic (PV) DC Arc - Fault Circuit Protection. Underwriters Laboratories (UL).
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.armarcEnergía solar
dc.subject.armarcArco eléctrico
dc.subject.armarcRecursos energéticos
dc.subject.armarcSistemas de energía fotovoltáica
dc.subject.armarcEngineering design -- Guatemala
dc.subject.armarcArco eléctrico -- Medidas de seguridad
dc.subject.armarcPhotovoltaic power generation -- Guatemala
dc.subject.ddc620 - Ingeniería y operaciones afines
dc.subject.ocde2. Ingeniería y Tecnología::2C. Ingeniería Mecánica
dc.subject.odsODS 9: Industria, innovación e infraestructura. Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación
dc.subject.odsODS 7: Energía asequible y no contaminante. Garantizar el acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todos
dc.subject.odsODS 8: Trabajo decente y crecimiento económico. Promover el crecimiento económico sostenido, inclusivo y sostenible, el empleo pleno y productivo y el trabajo decente para todos
dc.subject.odsODS 4: Educación de calidad. Garantizar una educación inclusiva y equitativa de calidad y promover oportunidades de aprendizaje permanente para todos
dc.titleDiseño y prototipado de un banco de pruebas para simulación de fallas por arco eléctricospa
dc.title.translatedDesign and prototyping of a test bench for electric arc fault simulation
dc.typeTrabajo de grado - Pregrado
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85
dc.type.contentText
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dc.type.visibilityPublic Thesis
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