PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ 
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA 
 
 
 
 
 
 
 
                                            
 
 
  
 
 
 
 
 
 
DESARROLLO DE UN CONTROL ELECTRÓNICO PARA  
UN SUBMARINO ELÉCTRICO EXPERIMENTAL 
 
 
 
 
Tesis para optar al Título de Ingeniero Electrónico, que presenta el bachiller: 
 
 
 
MARCIAL ADOLFO VÁSQUEZ HERRERA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ASESOR: Ing. Juan Jorge Gonzáles Tello 
 
 
 
 
 
 
Lima, Marzo del 2011 
 
 
 
 
 
RESUMEN 
 
 
Actualmente en el Perú, la investigación submarina está poco desarrollada y 
en consecuencia no existen medios suficientes para seguir una evolución 
constante de nuestra ciencia y tecnología en esa rama. Además el actual 
sistema de navegación submarina está basado en el buceo, y como es 
sabido está limitado ya que toda investigación depende de las máximas 
capacidades a los que pueda llegar un hombre totalmente preparado para 
llevar a cabo esta tarea.  
 
Es por eso que la investigación submarina en el Perú está supeditada a lo 
que puedan lograr buzos submarinos, con los límites naturales que pueda 
soportar una persona totalmente capacitada. Entonces el desarrollo de un 
control electrónico, para implementarlo en un submarino eléctrico 
experimental puede solucionar en gran medida los problemas existentes que 
impiden una mejora substancial en lo que navegación submarina se refiere. 
 
El presente trabajo contiene cuatro capítulos donde se muestra el desarrollo 
del sistema. El primer capítulo trata sobre la problemática que se aborda en 
este trabajo mostrando las dificultades actuales en investigación. El segundo 
muestra la fundamentación teórica que respalda este estudio. El tercer 
capítulo muestra el diseño de la solución que se obtiene en este desarrollo, 
finalmente en el cuarto capítulo se muestra los resultados de pruebas del 
sistema integrado. 
 
Finalmente se concluye que el desarrollo de este control electrónico brinda 
las herramientas necesarias para desarrollar una investigación submarina 
efectiva, siendo necesario continuar con el estudio de esta rama tecnológica 
dentro del Perú. 
 
 
 
 
ÍNDICE 
 
 
 
INTRODUCCIÓN         I 
 
 
CAPÍTULO 1: INVESTIGACIÓN Y NAVEGACIÓN SUBMARINA EN 
EL PERÚ Y SUS PROBLEMÁTICAS 
 
 
1.1 Investigación Desarrollada en el Mar Peruano    1 
 
1.1.1 Desarrollo científico y Aportes de la investigación submarina 1 
 
1.1.2 Recursos y Fondos destinados a la investigación submarina 3 
 
1.2 Navegación submarina y sus aplicaciones actuales.   3 
 
1.2.1 El buceo como herramienta para la navegación   3 
 
1.2.2 Aportes y limitaciones       4 
 
1.2.3 Infraestructura actual y personal capacitado    7 
 
1.3 Normatividad y legalidad marítima     7 
 
1.4 Tecnología empleada en la navegación     8 
 
1.5 Problemas y Causas       10 
 
 
CAPÍTULO 2: DISEÑO DEL CONTROL ELECTRÓNICO PARA UN 
PROCESO AUTÓNOMO DE NAVEGACIÓN SUBMARINA 
 
 
2.1 Estado del Arte        12 
 
2.1.1 Evolución de la tecnología en Navegación Submarina  12 
 
2.1.2 Aplicaciones y Ventajas de Un Control Electrónico   17 
 
2.2 Modelo Teórico        18 
 
2.3 Manejo de Actuadores, Sensores y Controlador   21 
 
2.3.1 Control de Motores DC       21 
 
 
 
2.3.2 Control de Sensores de Proximidad y Presión    21 
 
2.3.3 Definición del Controlador a Usar     22 
 
2.4 Maniobrabilidad del Prototipo      23 
 
2.4.1 Flotabilidad         23 
 
2.4.2 Navegación         24 
 
2.4.3 Autonomía         28 
 
2.5 Transmisión de Video       30 
 
2.6 Seguridad y Protección de Dispositivos     31 
 
 
CAPÍTULO 3: IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL A 
UN SUBMARINO EXPERIMENTAL 
 
 
3.1 Hipótesis de la Investigación      33 
 
3.1.1 Hipótesis Principal.        33 
 
3.1.2 Hipótesis Secundarias.       33 
 
3.2 Objetivos de la Investigación      34 
 
3.2.1 Objetivo General        34 
 
3.2.2 Objetivos Específicos       34 
 
3.3 Universo y Muestra        35 
 
3.4 Implementación de Sistema de Control     36 
 
3.4.1 Implementación de Circuitos      36 
 
3.4.2 Implementación del Software      57 
 
 
CAPÍTULO 4: SUBMARINO ELÉCTRICO EXPERIMENTAL 
AUTÓNOMO  PARA APLICACIONES DE INVESTIGACIÓN 
 
 
4.1 Análisis General del Sistema      63 
 
 
 
4.2 Desarrollo de la Solución       74 
 
4.3 Evaluación Económica       76 
 
 
CONCLUSIONES         78 
 
 
FUENTES          80 
 
 
ANEXOS 
 
Anexo N°1 
Hoja de datos: IRF9630        83 
 
Anexo N°2 
Hoja de datos: IRF9610        89 
 
Anexo N°3 
Hoja de datos: IRF630        93 
 
Anexo N°4 
Hoja de datos: IRFZ44N        97 
 
Anexo N°5 
Hoja de datos: 4N33        101 
 
Anexo N°6 
Hoja de datos: L7805        104 
 
Anexo N°7 
Hoja de datos: LM567        107 
 
Anexo N°8 
Hoja de datos: ATMega 8        110 
 
Anexo N°9 
Vistas de la tarjeta de potencia-navegación     111 
 
Anexo N°10 
Vistas de la tarjeta de potencia-tanque de lastre    113 
 
 
 
Anexo N°11 
Vistas de la tarjeta de control       114 
 
Anexo N°12 
Vistas de la tarjeta de sensado       116 
 
Anexo N°13 
Ecuación diferencial del submarino      117 
 
Anexo N°14 
Código de programación        121 
 
 
 
 I 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
 
 
En la actualidad, la investigación submarina por medio de vehículos de 
exploración, brinda muchas ventajas para los científicos que estudian el 
fondo marino; siendo esta la principal herramienta para muchas aplicaciones 
debajo del agua, como monitoreo, inspección o recojo de objetos y muchas 
otras tareas útiles para el hombre. En el Perú existen pocos recursos para 
crear la tecnología necesaria y desarrollar investigación submarina, por lo 
que nuestro avance científico es limitado [1] 
 
 
 
La investigación submarina en el Perú se basa en el empleo de buzos, o 
mejor dicho, el buceo representa nuestro medio principal para la 
investigación y exploración de la región submarina; los recursos marinos en 
nuestro país son muy diversificados y no solo posee riqueza ictícola, sino 
también grandes yacimientos subacuáticos de petróleo, de gas y de 
minerales, además de bienes materiales de gran valor como embarcaciones 
coloniales [4]. Pero el mayor problema yace en que por ahora no tenemos 
capacidad técnica y de financiamiento para explotarlos.  
 
 
 
El campo de la investigación submarina, en la actualidad se ha vuelto 
dependiente de métodos mucho más eficientes y seguros, pudiendo 
prescindir del empleo de buzos pero no desligándose de la parte humana. 
Este último interviniendo a través del manejo de vehículos no tripulados que 
pueden servir de medio directo para el monitoreo de la región submarina.   
 II 
 
 
 
 
El desarrollo de un control electrónico para estos vehículos de exploración, 
representa un avance no solo de los mismos, sino también de todas las 
tareas que se le pueda asignar, siendo una de estas su aplicación como 
herramienta de investigación submarina. Empleando un mini-submarino 
experimental podemos acoplar la electrónica de potencia y de control en un 
solo sistema funcional que permita obtener un vehículo totalmente operativo 
para fines útiles. 
 
 
 
Hoy en día el uso de vehículos submarinos, ya sean autónomos (VAS) o 
controlados remotamente (VOR), supone un alcance mucho mayor en lo que 
territorio de exploración se refiere, además reducen considerablemente el 
riesgo de vida humana ya que son máquinas controladas las que están 
supeditadas a los peligros que se presentan en este ambiente sobre todo a 
grandes profundidades.  
 
 
 
Dado que en el Perú existe poco avance en investigación científica o 
exploración submarina utilizando tecnología, y que representa un problema 
que limita nuestro progreso, entonces el desarrollo de un vehículo autónomo 
brindaría una solución  eficiente e impulsaría el poder mejorar nuestros 
recursos y realizar actividades físicas que un ser humano no llega a 
alcanzar. Todo este desarrollo es muy importante para la investigación 
científica de la región submarina, incluso en aplicaciones militares o de 
producción pesquera que al final van en beneficio del País.  
 
 
 
El presente tema de tesis desarrollará un sistema de control electrónico, 
basado en el manejo de  sensores y actuadores, para luego implementarlo 
en un submarino eléctrico experimental, pudiendo ser empleado en 
 III 
 
aplicaciones como en la producción pesquera, en investigación científica o 
hasta en inspección militar como se mencionó en líneas anteriores; todo esto 
gracias al monitoreo de una región subacuática por medio de la visualización 
de imágenes de video transmitidas a una pequeña central en tierra que 
puede ser implementada a partir de este trabajo investigación. 
 
 
 
El desarrollo de este sistema electrónico consta de las etapas de diseño de 
los procesos de navegación, además de una implementación del sistema de 
control tomando en cuenta el manejo de sensores y actuadores, 
mencionados anteriormente, que compondrán dicho sistema; finalmente 
estas etapas se someterán a diversas pruebas con el fin de mostrar su 
completa funcionalidad. 
 
 
 
El prototipo al cual se le podrá implementar este sistema de control será 
elaborado independientemente del presente trabajo de tesis. Cabe precisar 
que la elaboración de la estructura del submarino, si bien es independiente, 
también ha sido coordinada en diferentes aspectos como las dimensiones 
del espacio destinado a las tarjetas, y las posiciones de los diferentes 
sensores implementados. 
 
 
 
El Capítulo 1 trata acerca de los antecedentes de la investigación submarina 
en el mundo y el actual desarrollo de la misma en el Perú. Además se habla 
sobre las aplicaciones que se les da a los vehículos de exploración 
submarina, que van desde simples monitoreos hasta usos militares. El tema 
que tomamos en cuenta es el buceo, la cual es la herramienta principal de 
investigación submarina en el Perú. Y por último se toca temas como 
normatividad, infraestructura y los fondos disponibles para este tipo de 
investigaciones. 
 
 
 IV 
 
 
El Capítulo 2 trata del diseño del sistema de control, donde se toma en 
cuenta el propósito del uso de actuadores, sensores y demás implementos 
necesarios para el desarrollo del control electrónico. Además como una base 
para el inicio de este trabajo se mencionan los avances tecnológicos usados 
hasta ahora en estos vehículos, así como una descripción de los 
componentes a usar y el funcionamiento general del trabajo a realizar. 
 
 
 
En el Capítulo 3 se habla acerca de la implementación del los circuitos 
diseñados en el capítulo anterior, además de presentar algunas pruebas 
preliminares. Dentro de esto se detalla ciertas especificaciones a tomar en 
cuenta para el desarrollo de esta implementación, además de mostrar la 
lógica de funcionamiento de todo el sistema. Antes de todo esto se resaltan 
las hipótesis y objetivos del presente desarrollo, a fin de tenerlos presentes 
para la estructura general de la tesis. 
 
 
 
En el Capítulo 4 se muestran las pruebas finales de cada sistema 
implementado, es decir de todas las tarjetas que componen el control 
electrónico aplicado a un prototipo de submarino ya construido, además se 
muestran los resultados y las conclusiones del presente trabajo de tesis. 
 
 
 
Finalmente, el desarrollo de esta tesis da cuenta de la tecnología utilizada 
así como la demostración que con una electrónica simple y bien 
argumentada se pueden construir aplicativos que son útiles para diferentes 
ramas de estudio e investigación. El desarrollo de un control electrónico para 
un submarino experimental eléctrico muestra una gran alternativa para el 
progreso tecnológico en nuestro país. 
 
 
 1 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1: 
INVESTIGACIÓN Y NAVEGACIÓN SUBMARINA EN EL PERÚ Y SUS 
PROBLEMÁTICAS 
 
1.1 Investigación Desarrollada en el Mar Peruano 
 
1.1.1 Desarrollo científico y Aportes de la investigación submarina 
 
 
Como una pequeña introducción podemos mencionar uno de los primeros 
avances tecnológicos en el mundo, el viaje científico del Challenger 
alrededor del mundo (1872-1876) proporcionó el primer amplio estudio de 
las condiciones físicas y biológicas de los océanos y con el tendido de 
cables telegráficos submarinos se requería mediciones precisas de las 
profundidades del océano. En la actualidad la tecnología submarina ha 
seguido progresando, permitiendo hoy un trazado más preciso de los mapas 
del fondo oceánico [2]. Con esto podemos comprobar que desde hace 
mucho tiempo atrás se requería una gran tecnología e instrumentación en la 
exploración de los fondos marinos. 
 
 
 
En lo que se refiere a la exploración submarina en el Perú, utilizando 
vehículos no tripulados, hay poca información y pocos los interesados. Uno 
de los organismos que se preocupa por la investigación submarina es la 
Dirección de Hidrografía y Navegación (DHN) de la Marina de Guerra del 
Perú, ya que su propósito principal es administrar, operar e investigar las 
actividades relacionadas con las ciencias del ambiente en el ámbito 
acuático, con el fin de contribuir al desarrollo nacional, brindar apoyo y 
 2 
 
seguridad en la navegación a las Fuerzas Navales y a los navegantes en 
general [3]. 
 
 
 
Si bien esta organización tiene propósitos más inclinados hacia aplicaciones 
militares, no descarta el uso de vehículos para monitoreo de cascos de las 
embarcaciones, inspección de pilotes de muelles, búsqueda de objetos 
perdidos y  en sí aplicaciones parecidas. Uno de los aportes importantes de 
este organismo, usando vehículos no tripulados, que se puede mencionar es 
la ubicación del avión Fokker siniestrado en el mar de Ventanilla donde 
viajaba la delegación del Club Alianza Lima en Diciembre de 1987. Esto 
gracias al uso de un sonar que más adelante se describirá. 
 
 
 
Otra institución dedicada a temas de investigación submarina es el Instituto 
de Defensa del Patrimonio Cultural Subacuático (IDPCS), que se encarga de 
fomentar conciencia sobre el patrimonio cultural subacuático del Perú. Su 
interés es tal que las investigaciones realizadas van en beneficio del país, no 
solo conservando nuestro patrimonio subacuático sino también propiciando 
el desarrollo en labores científicas  e investigativas de diferentes 
profesionales y público en general interesado en este tema. 
 
 
 
Cabe resaltar que esta organización apoya el empleo de buzos para 
investigación submarina, no solo en el mar sino también en lagunas alto-
andinas donde existen numerosos indicios de restos arqueológicos [4]. Esto 
da paso a pensar que aunque se tiene mucho recurso para desarrollar 
investigación submarina, aún se tiene limitaciones ya que la dependencia de 
buzos restringe el tiempo de investigación dentro del agua y no permite 
desarrollar todas las tareas asignadas al buzo. 
 
 
 
 
 
 3 
 
1.1.2 Recursos y Fondos destinados a la investigación submarina 
 
 
Como ya se mencionó repetidamente, la investigación submarina en el Perú 
está descuidada, o mejor dicho el interés que demuestra y ha demostrado el 
Estado peruano es casi desapercibido, por lo que recursos directos e 
instituciones destinadas a este tema no existen muchas. En consecuencia 
los fondos de los que se dispone para apoyar la investigación submarina 
para diversos propósitos es poca y a su vez insuficiente. 
 
 
 
Decimos que no es mucha pero hay ciertas formas de buscar apoyo a la 
investigación, es decir existe la posibilidad real de apoyar proyectos que 
puedan aportar al desarrollo tecnológico e investigativo dentro del Perú 
cualesquiera sea la aplicación.  Uno de estos recursos proviene del Consejo 
Nacional de Ciencia y Tecnología-CONCYTEC, a través de diferentes 
instituciones avocadas a apoyar la investigación y desarrollo tecnológico 
como el Instituto Geofísico del Perú y el Instituto del Mar del Perú [5]. 
 
 
 
Estos organismos promueven y apoyan la investigación, siendo un nexo 
entre el Estado y la Sociedad, en el esfuerzo por generar y difundir el 
conocimiento científico y tecnológico que el país necesita. 
 
 
 
1.2 Navegación submarina y sus aplicaciones actuales. 
 
1.2.1 El buceo como herramienta para la navegación 
 
 
En el Perú el buceo es mucho más utilizado como deporte de aventura que 
como herramienta de investigación, pero no significa que no existan 
organizaciones que promuevan el desarrollo de este recurso para 
investigación submarina; un ejemplo de eso se indica líneas arriba con el 
 4 
 
Instituto de Defensa del Patrimonio Cultural Subacuático, así como esta 
organización existen escuelas  e instituciones que enseñan y promueven el 
buceo, dos de estas son “Peru Divers” y “AquaProa”. En la actualidad el 
buceo para fines de investigación es la herramienta a la que más se recurre, 
incluso se podría decir que la mayoría de investigadores acuden a esta. 
 
 
 
El buceo, ya sea para fines de investigación o para deporte de aventura, 
puede practicarse de (02) dos formas, una de ellas es la “Apnea” y la otra es 
la “Scuba”. Apnea es la actividad  de bucear sin ningún medio más que con 
mantener la respiración, y como es lógico las profundidades alcanzadas no 
son tan importantes, en sí esta técnica se emplea más para actividades 
deportivas y recreativas que para buceo científico; en resumen apnea es la 
técnica más sencilla para bucear pero no para fines de investigación. 
 
 
 
La segunda técnica de buceo es la Scuba, consistente en usar equipo de 
sustento o aparatos de respiración; aunque es considerada una técnica para 
actividades deportivas al igual que apnea, también se puede considerar 
dentro de la categoría de buceo técnico o profesional debido a la 
preparación que realiza el buzo. El buceo Scuba depende principalmente del 
uso de una botella de aire a presión que lleva el buzo, lo que le permite a 
este ir respirando el aire almacenado durante un tiempo de autonomía 
considerable pero limitado, algo importante dentro de la investigación 
submarina como lo es el tiempo. 
 
 
 
1.2.2 Aportes y limitaciones 
 
 
Siendo el buceo la herramienta principal para investigación y más usada en 
la actualidad, los aportes que puedan brindar son muchos. Desde hallazgos 
en exploraciones arqueológicas, pasando por conservación de especies 
subacuáticas hasta monitoreos en la costa peruana. Un ejemplo de esto 
 5 
 
puede ser las exploraciones arqueológicas en la Isla San Lorenzo, o rescate 
de artefactos históricos en lagunas alto-andinas [4]. 
 
 
 
Las limitaciones que presenta el buceo son en realidad pocas pero muy 
importantes, como se mencionó anteriormente el tiempo que dispone un 
buzo para exploración es limitado y no permite un correcto desarrollo de la 
investigación o mejor dicho no permite que el buzo desarrolle todas las 
tareas asignadas. Claro está si se sigue un plan de exploración adecuado y 
con los tiempos correctos que dispone un buzo profesional o un equipo de 
buzos capacitados este problema se reduce, pero no se elimina. Es por eso 
que desarrollar este trabajo de tesis representa una herramienta de gran 
utilidad y beneficio para la investigación submarina. 
 
 
 
Mirar las limitaciones del buceo no significa dejar a un lado esta herramienta, 
son más bien motivaciones que ayudan a impulsar el desarrollo de la 
tecnología necesaria para  el avance científico en Perú. 
 
 
 
A continuación presentamos (Fig. 1.1) un esquema de cómo se presenta 
esta limitación en la exploración por el empleo de buzos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1. Diagrama de flujo sistema de buceo. 
 
Asistencia de 
personal capacitado 
Inicio 
Determinación de 
tareas a desarrollar 
dentro del agua 
Preparar equipos de 
buceo y embarcación 
para traslado 
Ingreso de buzos a 
la región submarina 
¿Hay suficiente 
oxígeno en el 
tanque? 
Monitoreo de 
actividades 
 
¿Se desarrollaron
las tareas? 
Conclusión de 
buceo 
Fin 
Subir al buzo 
No
No 
Sí
Sí
 7 
 
1.2.3 Infraestructura actual y personal capacitado 
 
 
En el Perú, la infraestructura la brindan los institutos donde se promueve el 
buceo, además de la que brinda la Marina de Guerra del Perú pero su uso 
es en su mayoría para propósitos militares. Pero esto no impide el desarrollo 
de esta herramienta, ya que los lugares donde se practica el buceo están en 
mar abierto, las zonas de Pucusana, Islas Palomino y el mar de Ancón [9] 
representan algunas alternativas de buceo. 
 
 
 
Respecto al personal de buceo, hablaremos de buzos profesionales y 
técnicos, sobre todo los que están capacitados para investigaciones 
científicas. Entonces mencionarlos supone que son parte de alguna 
organización especializada o interesada en este tema. Estas organizaciones 
son de la Marina de Guerra del Perú por intermedio de la Dirección de 
Hidrografía y Navegación, y por supuesto del Instituto de Defensa del 
Patrimonio Cultural Subacuático.  
 
 
 
1.3 Normatividad y legalidad marítima 
 
 
Es importante remarcar qué normas pueden regir la navegación de este tipo 
de vehículos, pero por ser una embarcación de dimensiones pequeñas 
entonces no es necesario seguir una reglamentación para su 
funcionamiento. Según fuentes de la Dirección de Hidrografía y Navegación 
lo único necesario sería avisar a la Capitanía de Puerto de las intenciones 
que se tendría para con el equipo, y así hacer de su conocimiento nuestro 
propósito, ya que a veces por la braveza del mar cierran los puertos y no 
dejan que nadie navegue, salvo autorización especial de la Marina. 
 
 
 
 8 
 
Si por algún motivo es necesario seguir una reglamentación especial, la 
Dirección se encarga de autorizar la navegación según cuál sea el propósito 
de este. De antemano el apoyo para este trabajo de tesis está garantizado 
por dicha institución. 
 
 
 
1.4 Tecnología empleada en la navegación 
 
 
En el campo militar se puede mencionar el uso de simuladores de ataque 
submarino, uno de los cuales se encuentra instalado en el Snorkel Bar (SS-
47) de la Estación Naval de Submarinos de la Marina de Guerra del Perú [6], 
siendo un equipo electro-mecánico que proporciona ventajas en la 
instrucción y entrenamiento de personal. 
 
 
 
Otro de los simuladores con los que contamos es el de trimado, usado 
específicamente para representar los efectos dinámicos en la emersión del 
submarino, además de los movimientos en el agua entre los diferentes 
tanques de compensación y equilibrio. 
 
 
 
Esto pone al Perú en los lugares de vanguardia a nivel sudamericano en 
Fuerzas Submarinas, disponiendo de componentes informáticos y 
electrónicos de última generación, incluyendo el uso de sistemas de redes 
neuronales. Lamentablemente no significa un aporte importante para lo que 
es investigación científica. 
 
 
 
Como indicamos anteriormente, ha habido aportes usando vehículos 
submarinos para diferentes propósitos y es ahora donde describiremos un 
poco más acerca de estos. 
 
 
 9 
 
 
Sabemos que la Dirección de Hidrografía y Navegación cuenta con 
vehículos de investigación submarina no tripulada, y a continuación 
describiremos cuáles son. Primero mencionaremos el sonar utilizado para 
búsqueda de objetos perdidos, este vehículo no tiene un desplazamiento 
independiente dado que es remolcado por otra embarcación en la superficie 
marina, el Side Scan Sonar (Fig. 1.2.) es el utilizado para esta aplicación. 
Este implemento electrónico en forma de torpedo envía una señal de sonar 
hacia el fondo y recibe el eco del mismo, el cual es enviado hacia una 
computadora que traduce la señal en una imagen digitalizada en la pantalla. 
Este instrumento es sumamente delicado y se necesita de personal 
calificado para manejarlo e interpretarlo. 
 
 
 
Figura Nº 1.2. Side Scan Sonar y momentos de verificación antes de lanzarlo al agua. 
 
 
 
Otro vehículo utilizado es uno operado remotamente (VOR), que funciona 
como inspeccionador. Cuenta con una cámara de video que transmite las 
imágenes a una pantalla para monitorear pilotes de muelles y filmarlos para 
así tener un registro de lo observado. A diferencia del primero, este sí 
navega independientemente de otras embarcaciones; su sistema de 
flotación y navegación es controlado solo con motores, tanto para el ascenso 
y descenso como para ir navegando en un plano horizontal. Este equipo fue 
importado del extranjero y lamentablemente no está actualmente operativo. 
 
 
 10 
 
Existe la posibilidad de construir otro vehículo operado remotamente que 
aún está inconcluso. Así como desarrollar un proyecto más detallado para 
construir un vehículo basado en el prototipo a realizar en este trabajo de 
tesis. 
 
 
 
Por último, existe un vehículo submarino desarrollado íntegramente en el 
Perú; este vehículo también cuenta con una cámara de video y además un 
sistema de flotación basado en un tanque de pistón. Este tanque de pistón 
es muy interesante de utilizar ya que se puede controlar con exactitud y el 
ingreso de agua no cambia el centro de gravedad del submarino 
manteniéndolo estable. Este vehículo aún no está adaptado para navegar en 
flujos turbulentos por lo que en aplicaciones de investigación aún no es 
posible probarlo. 
 
 
 
1.5 Problemas y Causas 
 
 
Las dificultades existentes para el hombre que desea explorar la región 
submarina son muchas, van desde el poco o casi nulo acceso a lugares 
pequeños, pasando por la lenta exploración,  hasta la dependencia del poco 
oxigeno del cual los buzos cargan consigo. A todo esto se puede agregar 
que son pocos los exploradores que observan lo que se quiere estudiar 
impidiendo una mejor evaluación de este. 
 
 
 
Está el impacto en la actividad socioeconómica, como se mencionó 
anteriormente, la productividad pesquera es aún poco eficaz y esto retrasa el 
crecimiento de uno de nuestros principales recursos económicos en el país. 
Además se puede mencionar la falta de una tecnología capaz de ayudar a 
nuestras fuerzas armadas tanto en exploración para estudio como en 
salvataje ya sea de personas o de embarcaciones. 
 
 11 
 
Para cerrar este capítulo es nuestro objetivo dar a conocer los problemas 
que con este trabajo se quiere resolver o reducir. A continuación 
presentamos un cuadro sobre los problemas y causas que fundamentan el 
desarrollo del marco problemático. No solo por problemas de limitaciones del 
buceo, sino también por el poco desarrollo tecnológico para beneficio de 
investigaciones científicas. 
 
 
Problemas Características y Causas 
1) Exploración submarina  humana
limitada. 
Si bien existe exploración con total 
participación del hombre, hay 
limitaciones a las que se está 
sometido, como el aumento de 
presión en las profundidades. 
 
2) Dependencia de un tanque de 
oxígeno para una exploración 
prolongada. 
Como se sabe los buzos 
exploradores dependen del oxigeno 
que llevan consigo, esto supone un 
límite de tiempo dentro del agua 
según la cantidad de oxígeno con el 
que cuenten. 
 
3) Observación de una única 
persona. 
Al explorar debajo del agua se tiene 
la apreciación personal del que 
bucea, lo que impide una mejor 
evaluación de lo que se está 
observando. 
 
4) Poco o casi nulo acceso a zonas 
pequeñas o difíciles de observar. 
Existen regiones en la superficie del 
fondo marino que tienen un grado 
muy alto de dificultad para el ingreso 
de personas por lo que la 
observación se torna ineficaz e 
inconclusa. 
 
5) Expansión productiva limitada. Ya que la productividad marina está 
supeditada a recurso humano, el 
tiempo de expansión y crecimiento es 
lento por lo que se limita a falta de 
tecnología eficiente. 
 
 
 
 
 12 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 2: 
DISEÑO DEL CONTROL ELECTRÓNICO PARA UN PROCESO 
AUTÓNOMO DE NAVEGACIÓN SUBMARINA 
 
2.1 ESTADO DEL ARTE 
 
2.1.1  Evolución de la Tecnología en Navegación Submarina 
 
2.1.1.1 Presentación del asunto de estudio 
 
 
En el tema de exploración submarina de hoy en día, se hace cada vez más 
necesario ir a mayores profundidades en el océano para la investigación de 
sus diferentes regiones, por lo que el hombre necesita recurrir a la 
tecnología para lograr alcanzar sus propósitos; los cuales pueden ser de 
investigación, evaluación del impacto ambiental, análisis de sustancias 
químicas, acciones militares, entre otras. Para estas intenciones, en la 
actualidad, hay tecnologías desarrolladas en lo que concierne a 
exploradores submarinos o vehículos autónomos submarinos (VAS), 
capaces de soportar grandes presiones, además de contar con un control 
sumamente efectivo operados debajo del mar y llegar donde el hombre no 
puede. En este tema, la electrónica de control y potencia son muy 
importantes, es así que además de los “VAS” podemos tener vehículos 
operados remotamente (VOR) o por qué no, una fusión de estos vehículos. 
 
 
 
En el Perú no existen proyectos formales o indicios de este tipo de 
tecnología desarrollada para exploración científica. Es por eso que la idea de 
 13 
 
construir un vehículo que ayude con esta investigación puede contribuir al 
desarrollo de la electrónica en este ámbito. 
 
 
 
El desarrollo del control es fundamental e importante ya que permitirá un 
avance significativo en la investigación submarina en el Perú, donde se 
cuenta con una región rica en fauna marina, además de monitoreos del 
estado de las corrientes que componen nuestro territorio marítimo. Este 
desarrollo sería de un gran avance para la tecnología en nuestro ámbito y 
traería mejoras en el estudio e investigación dando resultados más exactos 
para nuestro beneficio. 
 
 
 
2.1.1.2  Estado de la investigación 
 
 
Utilizar vehículos submarinos experimentales acarrea beneficios y 
dificultades. El motivo de llevarlos a lo profundo del mar supone sostener 
una comunicación constante con el vehículo, ya sea a través de cables o 
inalámbricamente, además a esto se une el mantener operativos tanto la 
parte de potencia como la de control dentro del submarino, lo cual supone un 
gran consumo de energía, por lo que sofisticar los instrumentos para hacer 
más eficiente el uso de estos vehículos es muy necesario. 
 
 
 
Aunque en el Perú la tecnología no se haya desarrollado en el tema de 
exploración submarina, no quiere decir que no se pueda utilizar lo que hasta 
ahora existe avanzado en el mundo. La tecnología de control es compleja 
pero a la vez muy eficiente, y aún las investigaciones continúan, dando lugar 
a vehículos de nueva generación; pero además, se sigue usando recursos 
naturales y limitados para su funcionamiento, tales como el aceite y el gas 
pero que tiene el potencial para reducir gastos quitando la necesidad de un 
navío de apoyo [7]. Un claro ejemplo de lo expuesto es la construcción de un 
vehículo robótico impulsado completamente por el calor de agua del océano 
 14 
 
[8], conocido como “Planeador”, que imita el camino que algunas criaturas 
de mar emplean para moverse por las profundidades. El sistema es tan 
eficiente que la vida útil del vehículo es limitado por la durabilidad de las 
baterías que alimentan a los equipos de vigilancia y de comunicaciones.  
 
 
 
Otra aplicación para el control de navegación de estos vehículos es la 
utilización de  sonares y sensores para detectar obstáculos y tratar de 
evadirlos, donde la acústica es muy importante para estas. Hasta se puede 
utilizar como un sistema de respaldo por si el control primario falla (se puede 
usar control de válvulas de prevención BOP) [9]. Uno de los temas 
relacionados con la acústica es el ruido que afecta el funcionamiento de 
vehículo, por ejemplo una plataforma de perforación genera una gran 
cantidad de ruido justo debajo de la superficie, donde la señal desde un 
dispositivo remoto acústico será más débil. La relación señal-ruido es 
fundamental para el éxito de cualquier operación acústica. 
 
 
 
En lo que se refiere a software hay técnicas que pueden mejorar el 
posicionamiento usando alineación Doppler 10 que hace un estimado de 
alineación usando datos adquiridos durante la operación normal del 
vehículo. 
 
 
 
La dinámica de los “VAS” es no-lineal y es por eso que demanda de técnicas 
que puedan mejorar su maniobrabilidad. Hoy en día incluso se están 
desarrollando “VAS” biorobóticos o “BAVS” (por sus siglas en inglés); pero 
aún el desarrollo no está muy definido. Una mejora en este campo puede ser 
la técnica de ecuación de dependiente Riccati 11  o SDRE (por sus siglas 
en inglés) que provee de un medio eficaz para diseñar sistemas de control 
no-lineal tanto para fase mínima, así como no mínima. 
 
 
 
 15 
 
Otras técnicas para el control de los vehículos pueden estar en el rol que 
juega las redes neuronales y los algoritmos de control lógica difusa, que 
sirve para compensar la no total definición de los sistemas dinámicos no-
lineales y brindar más estabilidad tal como se menciona en el trabajo de 
investigación desarrollado por la Universidad de Texas en los Estados 
Unidos. 12 
 
 
 
Con esto se puede decir que sí existen métodos para hacer más eficientes 
los submarinos experimentales. 
 
 
 
2.1.1.3  Control navegación del submarino experimental 
 
 
Respecto a las acciones que operan el posicionamiento del submarino 
podemos describir su movimiento tanto en el plano horizontal XY como en lo 
que respecta a la sumersión y la emersión. Si hablamos del movimiento en 
el plano horizontal, tenemos que mencionar a las hélices, las cuales son 
accionadas por motores, ya sea de imán permanente o diesel; pero este 
último tipo de motor ya no se usa mucho, en cambio el de imán permanente, 
por su tamaño y su menor consumo de energía, es de mayor utilidad para 
los submarinos experimentales. 
 
 
 
También tenemos que mencionar a las aletas que guían el movimiento del 
submarino. Cabe recalcar que se puede diseñar un control adaptivo que 
supone un movimiento combinado de oscilaciones armónicas en la parte 
lineal y la angular, tal como se menciona en el trabajo de investigación 
desarrollado por la Universidad de Nevada en los Estados Unidos. 11 
 
 
 
En lo que respecta a la sumersión y a la emersión del submarino diríamos 
que se basa en colmar de agua la bóveda (tanque de lastre) para que el 
 16 
 
vehículo pueda sumergirse, y en la expulsión del mismo volumen de agua 
para reflotarlo. El control de esto consiste en operar el accionamiento de un 
motor que estará acoplado junto con un sistema de movimiento de émbolo, 
que cubrirá el área del tanque de lastre permitiendo tener un volumen de 
control en dicho tanque. 
 
 
 
Una alternativa muy poco convencional es la que utiliza el “Planeador”, 
mencionado anteriormente. El proceso consiste en que el agua caliente en la 
superficie, funde un tubo de cera que se expande y empuja aceite del interior 
de una cámara de jebe, provocando que el vehículo se hunda. En el fondo, 
el vehículo se enfría, la cera se contrae y se solidifica, y el aceite vuelve a 
entrar en la cámara, lo que aumenta la flotabilidad del vehículo. 
 
 
 
2.1.1.4  Síntesis sobre el asunto de estudio 
 
 
La investigación y exploración submarina en el Perú no está muy 
desarrollada por lo que este trabajo aportaría mucho para ese propósito. Las 
diferentes aplicaciones que se podrían atribuir son variadas, ya que puede 
utilizarse para monitorear la superficie marina, también se podría emplear 
para establecer mejores mapas del suelo de nuestro mar, además, obtener 
evaluaciones de las sustancias que puedan existir. 
 
 
 
El desarrollo de este control no sólo permitiría el progreso de la tecnología 
en investigación submarina, sino que además abriría un nuevo camino para 
el trabajo con vehículos submarinos autónomos, desplegando mucho más 
estudios en esta rama y por ende buscar la evolución de este tema para 
distintas aplicaciones. 
 
 
 
 
 17 
 
2.1.2 Aplicaciones y Ventajas de Un Control Electrónico 
 
 
A continuación hablaremos sobre algunas aplicaciones que puede tener el 
submarino experimental además de mencionar ventajas de su utilización. 
 
 
 
Las aplicaciones en producción pesquera pueden ser muy beneficiosas para 
la economía del país, ya que no solo se podría monitorear el fondo marino 
sino también observar las diferentes especies subacuáticas que habitan 
nuestro mar; siendo uno de los recursos más ricos en biodiversidad 
existente, tal vez el mejor. El control de este recurso daría muchas utilidades 
productivas y económicas para nuestro país. 
 
 
 
Otra de las aplicaciones existentes son las alternativas para uso militar en 
exploración de embarques hundidos o inspección de daños en las corazas. 
Esto significaría un uso muy útil para la Marina de Guerra ya que ayudaría al 
mantenimiento de nuestra flota. Además por supuesto de utilizarlo en 
embarcaciones de transporte y de pesca. 
 
 
 
Incluso puede ser útil para acciones de salvamento, aunque por el tamaño 
del submarino solo serviría para hallar los objetos y personas extraviadas las 
cuales se desean recuperar. 
 
 
 
Una de las ventajas está en que el empleo de un sistema de control facilita el 
desarrollo de actividades, además de obtener eficiencia y sencillez en estos. 
Podríamos decir que resuelve problemas generados por las limitaciones 
humanas, reduciendo el tiempo para encontrar una solución efectiva. 
 
 
 
 18 
 
Por último la maniobrabilidad y autonomía del submarino hacen una 
alternativa factible para el desarrollo tecnológico y científico en nuestro 
medio. 
 
 
 
2.2 MODELO TEÓRICO 
 
 
Para el desarrollo de un control electrónico, en primer lugar es necesario 
identificar los requerimientos que precisan a ser atendidos: tanto en el 
campo de la investigación submarina así como en el sistema tecnológico de 
control. Además de delimitar dichos aspectos para cumplir un objetivo 
específico y definir las características a implementar. 
 
 
 
Uno de los objetivos del desarrollo de este estudio es observar la región 
submarina, la superficie a cierta profundidad y las diferentes interacciones 
entre sus “habitantes”. Todo esto a través de imágenes que serán 
transmitidas desde una cámara instalada en el prototipo al cual se le 
implementará el sistema de control. Este medio abrirá una gran puerta para 
el avance en lo que se refiere a investigación científica de la zona 
submarina, las actividades económicas productivas tales como la pesca, la 
explotación petrolera, la construcción y mantenimiento de muelles, salvataje, 
u otros fines. 
 
 
 
En lo que corresponde a la parte electrónica del prototipo se pueden dar 
ciertos detalles; el funcionamiento principal del prototipo será de forma 
autómata, dejando la posibilidad a un control remoto pero nos limitaremos a 
desarrollar un vehículo autónomo. El movimiento dependerá de la señal de 
los sensores de proximidad instalados, claro está,  tratando de mantener la 
comunicación con el control de movimiento que proporcionan los motores de 
navegación. Uno de los  propósitos principal será el de navegar evitando 
obstáculos que impidan un desarrollo eficaz del estudio. 
 19 
 
 
 
 
Siguiendo el análisis a la navegación es necesario referirnos a una función 
importante de lo que hace a un vehículo submarino, la sumersión y la 
emersión; lo que supone el conocimiento de cómo funcionan estas acciones. 
 
 
 
 El empleo de válvulas y compresión de aire manipulado a presión es una 
solución  más que suficiente en el campo de la neumática que se puede 
utilizar en el desarrollo de este control. Nos limitaremos a manejar conceptos 
básicos y así no agregar complejidad al desarrollo, como  consecuencia 
obtener costos accesibles y mantener un control simple y al mismo tiempo 
eficaz. 
  
 
 
Para completar el objetivo de implementar un desarrollo efectivo en el control 
de un vehículo con diferentes propósitos, tenemos que mencionar el 
software de control y como se desenvolverá. Actualmente el uso de 
microcontroladores supone una herramienta muy efectiva y a la vez sencilla, 
cumpliendo con los requerimientos necesarios para un óptimo control 
electrónico, es así que se puede gobernar las diferentes partes involucradas 
para el funcionamiento de este. 
 
 
 
Finalmente es importante mencionar que la investigación submarina en el 
Perú está muy poca o casi nada desarrollada por lo que este estudio 
permitirá impulsar dicha investigación ya sea científica o para uso un poco 
más específico como el militar o el de salvataje. Siendo esto un motivo para 
el continuo desarrollo de esta herramienta. 
 
 
 
 
 
 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura Nº 2.1. Representación Gráfica del Modelo Teórico
 21 
 
2.3 Manejo de Actuadores, Sensores y Controlador 
 
2.3.1 Control de Motores DC 
 
 
Primeramente se tiene que mencionar que el tipo de motores a utilizar serán 
de corriente continua, variando únicamente la tensión a la cual estarán 
sujetos. Por ejemplo, los motores que moverán las hélices para la 
navegación del submarino serán de 36 voltios, diferentes al que se usará 
para abrir y cerrar la válvula de ingreso y salida de agua para la flotación.  
 
 
 
Una de las ventajas de utilizar motores de corriente continua es que nos 
brinda suficiente potencia como para mover libremente el prototipo, la única 
acotación importante a tomar en cuenta es que estos motores necesitan 
estar totalmente aislados del agua, lo que indica encapsularlos y así 
protegerlos de posibles contactos que inhabiliten su funcionamiento. 
 
 
 
Lo que respecta al control de cada motor, es necesario saber que el uso de 
PWM (Pulse Width Modulation) para regular la velocidad y sentido de giro de 
las hélices nos brinda simplicidad y a la vez eficiencia al momento de 
emplear el software de control. A la vez cabe mencionar el control del motor 
para la cámara de video, que tendrá las mismas consideraciones de 
encapsulamiento. Todo esto representa parte importante para desarrollar el 
modelamiento del controlador. 
 
 
 
2.3.2 Control de Sensores de Proximidad y Presión 
 
 
Este punto es uno de los más importantes, ya que de ellos depende la 
eficacia y estabilidad del sistema de control para el submarino. Por tal razón 
este tema se desarrollará según vaya avanzando la investigación dado que 
 22 
 
aún no se definen los sensores que se utilizarán. El estudio de éstos se hará 
cuando se tenga mejor definido el modelo a implementar y así obtener un 
proceso al cual podamos identificar los parámetros exactos a medir. Claro 
está todas las señales serán controladas por el microcontrolador usado. 
 
 
 
2.3.3 Definición del Controlador a Usar 
 
 
Dentro del control electrónico se debe definir qué tipo de control se usará, 
como se mencionó en el Plan de Tesis, este será tipo MIMO (Multiple Input, 
Multiple Output) lo que implica saber todas las relaciones entre la totalidad 
de componentes involucrados en el proceso realizado en el submarino, tanto 
en navegación, flotación, transmisión y las aplicaciones para las que se 
implemente. 
 
 
 
El manejo de variables de entrada, tales como presión, profundidad, 
ubicación y algunos parámetros eléctricos hacen muy complejo el desarrollo 
de este control. Es así que una de las alternativas para desarrollar el 
controlador es delimitarlo, es decir desarrollar parte por parte, con lo que 
podemos usar un control proporcional derivador para obtener respuestas 
más rápidas, claro está se toma en cuenta la posibilidad de agregar un 
compensador (Proporcional Derivador Práctico). 
 
 
 
Esta implementación se irá definiendo según el trabajo de investigación vaya 
avanzando. 
 
 
 
Ahora pasaremos a describir el microcontrolador a utilizar, como se 
mencionó anteriormente usaremos el ATMega8 de ATMEL ya que el 
lenguaje ensamblador que sirve para configurar dicho microcontrolador es 
 23 
 
simple de usar, incluso en lenguaje C podemos desarrollar cada tarea que 
se quiera implementar para el funcionamiento del submarino. 
 
 
 
Algunas características principales de este microcontrolador son 
mencionadas  a continuación, por ejemplo para la generación opcional de 
ondas PWM contamos con 3 canales para dicho propósito, una frecuencia 
de reloj interna de 1MHz lo cual nos brinda rapidez en cada instrucción. El 
desarrollo de cada código de instrucciones se dará a conocer según avance 
el trabajo de investigación. 
 
 
 
2.4 Maniobrabilidad del Prototipo 
 
2.4.1 Flotabilidad 
 
 
Dentro del concepto de un vehículo submarino es  esencial saber cómo 
es el desplazamiento dentro del agua, para eso se define la flotabilidad 
del mismo, tanto para mantener a flote la nave como para sumergirla. Se 
rige a través del principio de Arquímedes donde se tiene en cuenta el 
peso del submarino y el volumen de agua desplazado que genera una 
fuerza de empuje contraria al peso, que varía de acuerdo al mismo. 
Establecemos la fórmula que se basa en el principio de Arquímedes 
 
      (2.1)
Donde :  
F = Fuerza Resultante 
E = Fuerza de Empuje = Densidad del Agua x Volumen del submarino x 
Gravedad 
W = Peso = Masa del Submarino x Gravedad 
 
 
 
 24 
 
Podemos mencionar lo siguiente: 
 
Si se sumerge la fórmula será: F = W – E 
Si emerge la fórmula será: F = E – W 
Si flota la fórmula será:  W = E  
 
2.4.2 Navegación 
 
 
Como mencionamos anteriormente la navegación dependerá del control de 
los motores de dirección, esto es para maniobras en un plano horizontal, así 
como descender y ascender. Además de esto se implementará rutinas de 
navegación autónoma, dándole importancia a la aplicación de investigación, 
lo que incluye observación de zonas submarinas, búsqueda de objetos y 
análisis de la corriente marina. 
 
 
 
Como muestra de cómo se controlaría la navegación se incluye algunos 
diagramas de flujo para aplicaciones como sumergir al submarino, emergerlo 
y una sencilla rutina de navegación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 25 
 
Dejar Pasar 
Agua 
INICIO
Comando: 
SUMERGIR
Profundidad 
= 0?
Activar émbolo 
Parar émbolo
Profundidad 
Requerida? 
Parar Ingreso 
de Agua 
SI
NO
NO
SI
Diagrama de Flujo: Sumergir Submarino 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIN 
 26 
 
 
Diagrama de Flujo: Emerger Submarino 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INICIO
Comando: 
EMERGER
Activar émbolo para 
Botar Agua
Profundidad 
Requerida? 
Parar émbolo 
FIN
SI
NO 
 27 
 
Diagrama de Flujo: Navegar el Submarino 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INICIO
Comando: 
NAVEGAR
Posición 
Requerida
Dirección
=Adelante
Dirección
=Atrás?
Dirección
=Derecha
M1: Adelante 
M2: Atrás
NO
NO
NO
NO
Apagar M1 y M2
FIN 
SI
M1: Adelante 
M2: Adelante
SI
M1: Atrás 
M2: Atrás
SI
M1: Adelante 
M2: Atrás
SI
 28 
 
2.4.3 Autonomía 
 
 
Para definir la autonomía del submarino tenemos que saber de qué 
componentes se dispone para la implementación. Si bien ya se han definido 
los motores aún falta saber algunas especificaciones que nos permitan 
conocer más profundamente la duración del funcionamiento integral del 
prototipo. La potencia se convierte en factor fundamental para determinar 
dicha autonomía, no solo por la fuerza que entrega cada motor sino también 
por el consumo de corriente que al fin y al cabo afectará el rendimiento. No 
está demás indicar que la autonomía también se ve afectada por el peso del 
vehículo. 
 
 
 
Para empezar a deducir la autonomía vamos a conocer estos componentes. 
En un principio se determina que los (02) dos motores que controlarán las 
hélices serán de 1/8 de HP cada uno, los otros (02) dos motores que 
controlarán tanto el émbolo del tanque de lastre como el movimiento de la 
cámara serán de 1/32 de HP.  
 
 
 
Entonces procedemos a calcular la corriente consumida por cada uno de 
estos componentes, mediante la fórmula siguiente: 
 
 
 I = P (HP) x 746 / V     (2.2) 
 
 
Para los motores de navegación:  
 
 
 I = [2 x (1/8 HP) x 746] / 36 V = 5.2 amperios 
 
 
 29 
 
Ahora vemos cuanta potencia consume:  
 
 
 (1/8) x 746 = 93.25 Watts cada motor. 
 
 
 
La potencia de los motores que controlan tanto al émbolo como el 
movimiento de la cámara será: 
 
 
 (1/32) x 746 = 23.3  Watts cada motor. 
 
 
Entonces tenemos un consumo total de: 
 
 
 (2 x 93.25) + (2 x 23.3)  = 233 Watts. 
 
 
 
A este resultado le podemos agregar el consumo general de todos los 
circuitos, haciendo un estimado de 15 Watts más, entonces tendremos una 
potencia requerida de 248 Watts. 
 
 
 
Seguidamente se define que la batería con la que se cuenta es de 12 V a 12 
AH (ampere-hora). Y para llegar a 36 V usaremos un conversor DC/DC. 
 
 
 
Si tomamos un circuito simple con una fuente de 12 V y una carga que 
consume 248 Watts, obtendremos una corriente de: 
 
 
 248 W / 12 V = 20.7 Amperios 
 
 30 
 
 
Ahora calculamos el tiempo que estará funcionando: 
 
 
Itotal x t = Autonomía      (Ampere-Hora)  (2.3) 
 
 
20.7 x t = 12 AH  t = 0.58 H, es decir tendremos una 
autonomía de casi 36 minutos. 
 
 
Este resultado nos permite delimitar la aplicación, la cual será implementada 
en el submarino, siendo el tiempo suficiente para maniobras simples de 
prueba. 
 
 
 
2.5 Transmisión de Video 
 
 
Parte importante para el desarrollo de este control es la transmisión de 
imágenes a través de una cámara de video; esto permite identificar el 
terreno por donde está navegando el submarino, aparte de analizar las 
imágenes para usos productivos. La frecuencia de transmisión será de 2.4 
GHz a través de radio frecuencia. 
 
 
 
En el mercado podemos encontrar mucha variedad de sistemas de 
transmisión inalámbrica de video, incluso se incluye el control a larga 
distancia. Claro está, las frecuencias de transmisión y la potencia con que 
esta señal es transmitida también varían. Es por eso que elegir un equipo 
adecuado para este tipo de aplicación no es tan fácil como parece; para 
empezar tenemos que ver si el equipo puede soportar presiones mayores a 
la del medio de navegación, además de implementar un sistema de 
protección para aislar la cámara del agua. 
 31 
 
 
 
 
Ya que mencionamos la posibilidad de adquirir un equipo para transmisión 
inalámbrica, también podemos mencionar la posible construcción de algún 
circuito de radio frecuencia para transmitir la señal, pero la complejidad de 
un posible diseño nos impulsa a usar un sistema ya elaborado y explotar 
todos sus beneficios, pero como ya se dijo, sin dejar de lado esta posibilidad. 
 
 
 
2.6 Seguridad y Protección de Dispositivos 
 
 
Una parte importante representa el conjunto de consideraciones para 
protección de la parte electrónica, dentro de esto encontramos que debemos 
proteger todo nuestro sistema contra el calor, las sobretensiones, 
sobrecorrientes y hasta de las ondas electromagnéticas. 
 
 
 
Para empezar esta parte podemos mencionar la protección contra el calor, 
este proviene de los dispositivos electrónicos presentes en las tarjetas tanto 
de potencia, control y transmisión. Es por eso que preservarlos representa 
una tarea casi obligatoria. 
 
 
 
Dichos dispositivos a proteger disipan mucha potencia en forma de calor, y 
estos son los semiconductores tales como los transistores o mosfets. Es por 
eso que hallar el factor  de disipación para elegir un disipador adecuado es 
muy importante. Esto es posible de hallar mediante especificaciones de 
fabricantes presentes en las hojas técnicas de cada dispositivo, es así que 
una vez definidos la cantidad y modelo de dispositivos podremos hallar una 
protección adecuada.  
 
 
 
 32 
 
Otra manera de brindar seguridad en nuestro sistema es evitar toda acción 
de algún campo electromagnético cerca de nuestros circuitos, lo cual implica 
separar lo máximo posible los motores de las tarjetas que componen el 
sistema de control. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 33 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 3: 
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL A UN SUBMARINO 
EXPERIMENTAL 
 
3.1 Hipótesis de la Investigación 
 
3.1.1 Hipótesis Principal. 
 
 
Dado que la investigación submarina en el Perú, aunque poco desarrollada,  
está supeditada a lo que puedan lograr buzos submarinos con los límites 
naturales que pueda soportar una persona totalmente capacitada, y teniendo 
en cuenta el avance tecnológico alcanzado hoy en día, entonces el 
desarrollo de un control electrónico de tipo MIMO, para implementarlo en un 
submarino eléctrico experimental, puede solucionar en gran medida los 
problemas existentes que impiden una mejora substancial en lo que 
navegación submarina se refiere y así lograr lo que un ser humano no puede 
físicamente. 
 
 
 
3.1.2 Hipótesis Secundarias. 
 
 
1) Investigación submarina poco desarrollada lo que impide una 
evolución sostenida de la misma. 
 
 
 
2) Actualmente la investigación se basa en el empleo de buzos que 
cumplen tareas limitadas por sus mismas capacidades humanas. 
 34 
 
 
 
 
3) El desarrollo de una tecnología que ayude a solucionar estas 
limitaciones permitiría crear medios eficientes y simples de manejar. 
 
 
 
4) Las herramientas tecnológicas existentes permiten que el diseño de 
un control electrónico para un submarino experimental sea totalmente viable 
y accesible. 
 
 
 
5) Las aplicaciones para el uso de un submarino autónomo son variadas 
lo que aumenta su empleabilidad y lo convierte en una alternativa 
multidisciplinaria eficaz. 
 
 
 
3.2 Objetivos de la Investigación 
 
3.2.1 Objetivo General 
 
 
Desarrollar un sistema de control electrónico, basado en el manejo de  
sensores y actuadores, para implementarlo en un submarino eléctrico 
experimental, pudiendo ser empleado en aplicaciones como en la producción 
pesquera, en investigación científica o hasta en inspección militar. 
 
 
 
3.2.2 Objetivos Específicos 
 
 
1) Mostrar la problemática y limitaciones existentes en los procesos 
actuales de investigación submarina. 
 
 
 35 
 
 
2) Desarrollar un control electrónico eficiente y simple que conlleve al 
avance tecnológico y científico en el país. 
 
 
 
3) Dar a conocer una alternativa de solución mediante el desarrollo de 
un sistema de control para un submarino experimental. 
 
 
 
4) Lograr que el desempeño del submarino tenga menor porcentaje de 
error y mayor alcance que el actual proceso de investigación utilizado. 
 
 
 
5) Demostrar que la alternativa dada es viable ante las limitaciones 
actuales en la investigación y navegación submarina. 
 
 
 
6) Lograr promover el apoyo a desarrollar e impulsar esta tecnología en 
el Perú. 
 
 
 
3.3 Universo y Muestra 
 
 
El universo está basado por el ambiente donde se desarrolla la navegación, 
en este caso, la función la cumplirá una piscina, además de las diferentes 
actividades que seguirá el submarino en función del control electrónico 
desarrollado. 
 
 
 
La muestra está dada en el monitoreo de señales que compongan el sistema 
de navegación. 
 
 
 36 
 
3.4 Implementación del Sistema de Control 
 
3.4.1 Implementación de Circuitos  
 
 
En este punto veremos lo relacionado al diseño e implementación de los 
circuitos electrónicos a usar en el trabajo de tesis, estos circuitos son los de 
potencia, de control y de sensado.  
 
 
 
 3.4.1.1 Circuito de potencia 
 
 
El circuito de potencia incluye el manejo de los motores usados para el 
desarrollo del presente trabajo de tesis, los cuales se distribuyen para 
navegación, para manejo del tanque de lastre y para el manejo de la cámara 
instalada en el submarino. 
 
 
 
Este circuito está basado en el diseño de puentes H, los cuales comandarán 
el sentido de giro de cada motor. Vale la pena mencionar que en el diseño 
de estos puentes H se ha considerado el uso de transistores de potencia, es 
decir mosfets de potencia. El mosfet es un semiconductor que nos ayudará a 
conmutar el circuito de mando para los giros de los motores, además de 
distribuir adecuadamente la potencia requerida por cada uno de ellos. Se 
han usado mosfet tipo P y tipo N, los cuales tienen buena integración para 
formar el puente.  
 
 
 
Como se mencionó anteriormente, se utilizará más de un puente para los 
motores por el mismo funcionamiento del submarino, el cual se divide en 
navegación, sumersión - emersión, y manejo de cámara. A continuación 
presento el diseño de cada uno de los circuitos usados para estas etapas. 
 
 37 
 
 
 
En la etapa de navegación podemos mencionar que se utilizan dos motores 
que impulsarán al vehículo tanto para maniobrar hacia adelante, hacia atrás, 
izquierda o derecha. Este impulso lo proporcionarán las hélices acopladas a 
los motores, donde el tipo de hélice ya estará definido para la 
implementación total. El sentido de giro de cada hélice combinado (figura 
3.1) fijará el rumbo del submarino; la combinación se presenta en la tabla 1 
donde podemos apreciar, además de los giros de las hélices, los 
movimientos del submarino. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.1- a) sentido horario. b) sentido anti-horario 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
Tabla 3.1- Combinación de giros de hélices 
 
 
Giro de 
Hélice 1 
Giro de 
Hélice 2 
Movimiento 
del Submarino 
Anti 
horario 
Anti 
horario Adelante 
Anti 
horario Horario Derecha 
Horario Anti horario Izquierda 
Horario Horario Atrás 
 38 
 
Las posiciones de las hélices en el submarino serán laterales para aumentar 
la maniobrabilidad del vehículo, esto se aprecia mejor en la figura 3.2. Cabe 
precisar que el acople del eje del motor con las hélices tendrá un aislamiento 
adecuado para no permitir el ingreso del agua y producir un posible corto 
circuito en los bornes del motor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2- Posición de hélices en el submarino. Vista posterior del vehículo 
 
 
 
Los motores de las hélices estarán conectados a la tarjeta de potencia 
correspondiente, incluyendo la alimentación y las señales de control. Como 
se mencionó anteriormente esta tarjeta está basada en puentes H, los 
cuales son (02) dos, uno para cada motor. La configuración de este circuito 
se puede apreciar en la figura 3.3, donde se muestra la distribución del 
puente H y su funcionamiento.  
 
 
 
Como es sabido, el sentido de giro directo del motor (M) estará dado por la 
activación de los mosfet S1 y S4, y esto a su vez estará controlado por la 
señal proveniente de la tarjeta de control que activa el transistor 
correspondiente y permite el paso de corriente por S1, luego por el motor y 
finalmente por S4. Para el sentido de giro inverso se procede igual salvo que 
esta vez se activarán los mosfets S2 y S3. Es muy importante mencionar 
que ni S1 ni S2 podrán estar activos al mismo tiempo porque podrán dañar 
tanto al motor como al circuito electrónico. 
 39 
 
 
Figura 3.3- Puente H basado en mosfets 
 
 
 
Cabe mencionar que por el nivel de tensión que se puede usar para el 
control de potencia de los motores, se ha agregado un divisor de voltaje a la 
entrada de los mosfets, asegurando que la corriente y voltaje generados no 
sean tan altos como para dañarlos. Ahora veremos la clase de mosfets que 
se usa en estos puentes H, para los tipo “P” tenemos al IRF9610 y el 
IRF9630, y para los tipo “N” tenemos al IRFZ44n y al IRF630. Los mosfets 
IRF9610 e IRFZ44n soportan corrientes por encima de los 6 amperios, 
mientras que IRF9630 e IRF630 tensiones por encima de 100 voltios. Las 
hojas de datos se adjuntan en los anexos. Dado que la alimentación para los 
motores está fijada en 36 voltios, supone que la alta tensión no es problema 
por lo que para definir la clase de mosfet a usar se centrará en la alta 
corriente que puede producirse en el arranque de los motores. Por ahora se 
probarán ambas clases de mosfet durante la etapa de pruebas y así 
determinar todas las características. Vale la pena mencionar que los datos 
técnicos de estos componentes se adjuntan en anexos. 
 
 
 
Los otros componentes como las resistencias, servirán de referencia tanto 
para limitar corriente como para fijar tensiones que afecten a los transistores 
 40 
 
o a los mosfets. Dentro de estas especificaciones de seguridad también se 
toma en cuenta la protección de la tarjeta de control, dado que contiene 
componentes sensibles a la corriente que puedan afectarlos. La manera de 
proteger o aislar ambas tarjetas es utilizando optoacopladores; la función de 
estos es la de recibir una tensión de activación, en este caso viene a ser la 
señal proveniente de la tarjeta de control, que por intermedio de un led 
transmisor que satura un foto transistor, ambos internos, ponen en alta (+5V) 
la línea de salida que finalmente va a los transistores que manejan el puente 
H. 
 
 
 
Sustento para la elección de dispositivos: 
 
 
 
La elección de los mosfets necesarios para armar el puente H fue por 
comparación de características tanto de los mosfets tipo p como del tipo n. 
Tal y cual se menciona en el capítulo 3, dicha elección está basada en el 
mejor funcionamiento del dispositivo de acuerdo a su capacidad de 
operación, ya sea por voltaje o por corriente. 
 
 
 
Los resistores de 4,7KΩ y de 10KΩ para los mosfets S1 y S2 forman 
divisores de voltaje que permiten proteger dichos mosfets dado que manejar 
la potencia generada podría dañarlos y así dejar fuera de funcionamiento al 
puente H. La tensión usada es de 36 V y se desea bajar a 12 V la tensión de 
entrada a los mosfets, por lo que la relación de 2 a 1 puede brindarnos un 
rango de voltaje adecuado para su funcionamiento. 
 
 
 
Las resistencias de 330Ω sirven para generar una pequeña cantidad de 
corriente necesaria para asegurar el buen funcionamiento los componentes 
de la tarjeta de control que contiene dispositivos sensibles. Así aseguramos 
cierto nivel de tensión para que dichos dispositivos y el controlador reciban 
señales correctas y no se dañen con falsas lecturas. 
 41 
 
 
 
 
Para un mejor entendimiento podemos observar la figura 3.4 que ilustra el 
esquema interno de un optoacoplador y la forma como se dispondrá en la 
tarjeta. Como anteriormente se mencionó, las resistencias cumplen la 
función de limitador de corriente para no dañar los dispositivos ante sobre-
corrientes.  
 
 
 
 
 
  
 
 
 
Figura 3.4- Configuración de optoacoplador 
 
 
 
El número de optoacopladores dispuestos en la tarjeta depende el número 
de entradas que el o los puentes dispongan, en esta tarjeta tendremos (02) 
dos puentes H, y cada uno necesita dos señales de control por lo que 
tendremos (4) cuatro optoacopladores. Hay una acotación importante que 
hacer, y es que la tierra del foto-transistor debe ser completamente diferente 
a la tierra del led transmisor, ya que como se mencionó líneas arriba, la 
señal de control es digital y por consiguiente la tensión que alimenta al led 
transmisor está relacionada a la tarjeta de control. Dadas éstas razones para 
aislar ambas tarjetas, de control y de potencia, es que separamos las tierras 
que van conectadas al optoacoplador. 
 
 
 
Por último, el optoacoplador a usar es el 4N33, hoja técnica en anexos, el 
cual sirve de acoplamiento entre circuitos de diferente potencia e 
impedancia. Y junto a este agregamos una etapa de conversión de tensión, 
 42 
 
el regulador usado es el L7805, hoja técnica en anexos, el cual convertirá la 
tensión de entrada a 5 voltios necesarios para alimentar al optoacoplador. Es 
así que se presenta, en la figura 3.5, el diagrama esquemático de prueba de 
la tarjeta de potencia en la etapa de navegación; y en el anexo 9 se muestra 
la disposición de componentes en la placa impresa junto la disposición de 
pistas (a y b). 
 
 
 
Sustento para la elección de dispositivos: 
 
 
 
Este circuito (figura 3.4) es usado para aislar la señal de control que viene de 
la tarjeta de control y la tensión generada en las tarjetas de potencia, para 
asegurar un nivel de corriente suficiente para activar el led de optoacoplador 
se coloca una resistencia de 330Ω que por lo menos nos asegura 15mA de 
Vin para el optoacoplador. A la salida del transistor se coloca una resistencia 
de 4.7KΩ para asegurar que la señal de activación proveniente del 
optoacoplador no quede en un valor intermedio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 43 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.5- Diagrama esquemático de la tarjeta de potencia-Navegación 
 44 
 
Sustento para la elección de dispositivos: 
 
 
 
Este circuito (figura 3.5) sirve para controlar los motores de navegación del 
submarino, como se puede apreciar está compuesta de puentes H, una 
etapa de aislamiento de potencia y una etapa de regulación de voltaje. La 
etapa de regulación consiste en tomar el voltaje de alimentación general y 
entregar un voltaje adecuado para el funcionamiento de los dispositivos del 
circuito, en este caso son 5V los necesarios para los optoacopladores de la 
etapa de aislamiento de potencia. Tanto los valores de los puentes H como 
de la etapa de aislamiento ya fueron explicados en líneas anteriores. 
 
 
 
Ahora solo cabe describir la elección de los dispositivos para la etapa de 
regulación de voltaje. 
 
 
 
El nivel de voltaje que se requiere usar esa de 5V, por lo que se requiere 
implementar un regulador que baje la tensión de la fuente de 12V a 5V, el 
regulador indicado es el L7805 dado que su funcionamiento no requiere de 
un dispositivo dedicado, por lo que un regulador comercial como el L7805 es 
ideal para este tipo de trabajo. La etapa de regulación requiere de 
condensadores que ayuden a estabilizar la salida de 5V así como eliminar 
ruido de la señal a usar. Se hace un filtrado antes del regulador dado que la 
fuente es de un nivel muy superior a 5V, por lo que colocamos 2 
condensadores tanto polarizado como no polarizado, a la salida del 
regulador colocamos un condensador para mejorar la respuesta de la señal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 45 
 
En la etapa de sumersión y emersión podemos considerar un único puente H 
dado que la fuerza para mover el submarino, esto es sumergirlo o emergerlo,  
la dará un solo motor; y esto porque el sistema de inmersión está basado en 
mover un émbolo circular con diámetro similar al tanque de lastre, el cual es 
usado para contener al volumen de agua necesario para hacer descender al 
submarino, o también para desalojar dicho volumen con el objetivo de hacer 
ascender al vehículo.  
 
 
 
Este sistema se aprecia mejor en la figura 3.6, en donde se muestra el 
acople del motor mediante un engranaje sujetado al eje del motor, el cual al 
estar en movimiento hará subir al émbolo que a su vez dejará ingresar agua 
al tanque y así hacer que el submarino descienda. Mientras que moviendo al 
engranaje en sentido contrario hará bajar al émbolo, desalojando el agua del 
tanque, con lo que el submarino ganará empuje y podrá ascender. Cabe 
precisar que el eje del émbolo será un tornillo “sin fin”, el cual estará 
acoplado junto al engranaje del motor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.6- Sistema de sumersión y emersión mediante el accionamiento de un motor 
 46 
 
Explicado el sistema de sumersión y emersión se procederá a exponer el 
diseño de la tarjeta de potencia en la etapa de operación del tanque de 
lastre. Como anteriormente se mencionó, la tarjeta estará basada en un solo 
puente H por lo que la complejidad es muy baja. Al igual que la tarjeta de 
potencia en la etapa de navegación, esta tarjeta tendrá la misma estructura 
de diseño a diferencia que esta vez será un solo puente H, es decir se 
usarán (04) cuatro semiconductores de potencia o mosfets, dos (02) de 
canal “P” y (02) dos de canal “N”. También se usarán (02) dos 
optoacopladores y (01) un conversor L7805 para alimentarlos. La tensión de 
alimentación será de 12 voltios y las señales de control para el motor 
provendrán de la tarjeta de control principal. 
 
 
 
A continuación se muestra el diagrama esquemático de la tarjeta (figura 3.7), 
además de la disposición de los componentes en ésta (anexo 10-a) como de 
las pistas de conexión en la misma (b y c). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 47 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.7- Diagrama esquemático de la tarjeta  de potencia- Tanque de lastre 
 
 
 48 
 
La tarjeta de potencia para el manejo de la cámara aún no se ha diseñado 
dado que es un complemento que aún no se ha visto. Luego de las pruebas 
respectivas a las primeras tarjetas de potencia se podrá tomar en cuenta el 
manejo de la cámara. Como un avance podremos decir que dicha tarjeta 
estará basada en un solo puente H al igual de la de operación del tanque de 
lastre.  
 
 
 
Sustento para la elección de dispositivos: 
 
 
 
Esta figura muestra los dispositivos que componen la tarjeta de potencia 
para el tanque de lastre, la cual activa un motor que sube y baja el émbolo 
que permite el ingreso del agua al tanque de lastre para que el submarino 
pueda sumergirse o emerger. Esta tarjeta está compuesta por un puente H 
de mosfets, una etapa de aislamiento con optoacopladores y una etapa de 
regulación de voltaje. Dichos dispositivos fueron escogidos de acuerdo a 
criterios aplicados a la tarjeta de potencia para la navegación del submarino. 
 
 
 
3.4.1.2 Circuito de control 
 
 
El diseño del circuito de control está basado en definir las entradas y salidas 
del microcontrolador ATMega8, de la familia Atmel cuya hoja técnica se 
encuentra en anexos, el cual controlará las acciones de todos los motores 
usados en el desarrollo del presente trabajo de tesis. Las señales de control 
que el microcontrolador envíe serán dividas según se requiera,  esto es 
según a qué tarjeta se envíe. 
 
 
 
Existen (02) dos tarjetas de potencia en las cuales se han definido las 
entradas de control que cada una dispondrá. La tarjeta de potencia-
navegación requiere (04) cuatro señales de control para los dos motores que 
 49 
 
esta comanda. Además de estas señales se tendrá que disponer de una 
conexión de tierra digital la cual nos asegurará que los optoacopladores de 
la tarjeta no tengan las mismas tierras por las razones expuestas en el punto 
3.4.1.1, donde se habla del uso de optoacopladores. 
 
 
 
La tarjeta de potencia-operación del tanque de lastre, necesitará (02) dos 
señales de control para el motor que esta comanda, al igual que la tarjeta de 
potencia-navegación se necesita disponer de una conexión a tierra digital 
para los optoacopladores que esta tarjeta usa. 
 
 
 
Otras consideraciones para el diseño del circuito de control que se deben 
tomar en cuenta son las señales de control que este reciba, es decir las 
señales de los sensores que estarán conectados a la tarjeta de control. Los 
sensores a usar serán de proximidad, los cuales estarán basados en 
detección de luz infrarroja. Cada sensor tendrá su circuito de detección 
basado en transmisor y receptor infrarrojo, los demás detalles serán 
explicados más adelante en su respectivo punto. La señal proveniente de 
dicho sensor es solo una, la cual nos indicará si algún objeto está cerca o no 
del submarino, ya que dicho objeto puede representar peligro de colisión que 
dañe al submarino. Tomando en cuenta esto entonces podemos decir que 
se necesitará habilitar la conexión a los pines del microcontrolador para 
manejar la señal de dicho sensor; cabe señalar que el número de sensores a 
utilizar serán (04) cuatro, cada uno estará instalado en cada lado del 
submarino, esto es al frente, atrás, costado izquierdo y costado derecho. 
 
 
 
Existe la posibilidad de agregar un sensor más el cual será de ultrasonido, 
esto para determinar la profundidad a la cual estará sujeto el submarino. Por 
ahora no se ha tomado en cuenta el diseño de este  ya que se encuentra en 
estudio. 
 
 
 50 
 
 
Otra consideración en este diseño es la alimentación de la tarjeta; dado que 
debemos separar la alimentación de control con otras alimentaciones, se 
usará una batería de 9 voltios con la suficiente potencia para mantener 
activa la tarjeta y además asegurar que su respectiva tierra sea diferente a 
las de las otras tarjetas. Es importante considerar que hay especificaciones 
de diseño en relación al uso de este microcontrolador, como la de considerar 
un pulsador de reinicio conectado al pin número 1, esto para regresar a los 
valores iniciales a todos los pines en caso haya algún error o desperfecto. 
 
 
 
Y como punto importante cabe mencionar que se debe tomar en cuenta los 
pines de programación, los cuales son MOSI, MISO y SCK, los que van 
conectados a los pines 17, 18 y 19 respectivamente. Estos son necesarios 
para la conexión del programador y la respectiva escritura del código dentro 
del microcontrolador. No debemos olvidar que también se utiliza un 
conversor L7805 para energizar al microcontrolador y los circuitos de 
sensado. 
 
 
 
A continuación se presenta el diagrama esquemático de la tarjeta de control 
(figura 3.8) considerando únicamente la implementación de la recepción del 
sensor de proximidad, donde más adelante se procederá describirla. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 51 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.8- Diagrama esquemático de la tarjeta de control 
 52 
 
Sustento para la elección de dispositivos: 
 
 
 
Este circuito (figura 3.8) muestra la etapa de control del submarino, esta 
incluye los dispositivos de programación tal como el micro controlador AT 
Mega8, al igual que los circuitos anteriores se toma en cuenta la regulación 
de voltaje. 
 
 
 
Se puede notar que este circuito es el que entrega las señales a los otros 
circuitos por lo que todo termina en borneras de conexión, en consecuencia 
la parte importante del circuito se centra en el micro controlador, por 
especificaciones técnicas se incluye un circuito de reset para dicho micro 
controlador. 
 
 
 
Ahora veremos en detalle las conexiones para las tarjetas de potencia, para 
la recepción de señal del sensor y la conexión ISP del programador. 
Empezaremos con las señales de control hacia las tarjetas de potencia; tal 
como se muestra en la figura 3.9, las conexiones a la tarjeta de potencia en 
su etapa de navegación son (05) cinco. (1) y (2) controlarán al motor 1, (3) y 
(4) controlarán al motor 2 y (5) será la conexión disponible a tierra digital. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.9- Conexión a la tarjeta de potencia-navegación 
 
 
 
Ahora veremos las conexiones a la tarjeta de potencia en su etapa de 
operación del tanque de lastre. En la figura 3.10 se aprecia de mejor manera 
 53 
 
que (1) y (2) controlarán al motor para la sumersión y emersión del 
submarino, mientras que (3) será la conexión a tierra digital. 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.10- Conexión a la tarjeta de potencia-operación del tanque de lastre 
 
 
 
Como se dijo anteriormente, para esta tarjeta de prueba tomaremos en 
cuenta solo un receptor del sensor de proximidad, y los pines asignados son 
de recepción de señal (1) y alimentación del respectivo optoacoplador (2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.11- Conexión desde la tarjeta de sensado infrarrojo 
 
 
 
Y por último veremos las conexiones al programador del microcontrolador. 
Este programador es el AVRISP mkII de Atmel cuya hoja técnica se 
encuentran en anexos, teniendo una disposición de pines según hojas 
técnicas. Dentro de esta podemos apreciar que están presentes las 
conexiones hacia los pines de programación del ATMega8, además de la 
alimentación y tierra respectiva, sin olvidar la conexión al pulsador de reset 
para reiniciar los valores iniciales. 
 
 54 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.12- Conexión hacia el programador AVRISP mkII 
 
 
 
Habiendo explicado esto procedemos a mostrar los diagramas de la tarjeta 
impresa y de la disposición de componentes dentro de ella. 
 55 
 
3.4.1.3 Circuito de sensado  
 
 
Como se explicó anteriormente, el circuito de sensado está basado en un 
transmisor y un receptor de luz infrarroja. La lógica que aplicamos es simple, 
consiste en emitir luz infrarroja en cierta dirección, esta rebotará en algún 
objeto cercano al submarino y será captada por el receptor. En la figura 3.13 
podemos observar la ubicación y lógica de funcionamiento de estos leds 
infrarrojos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.13- Disposición de leds infrarrojos y funcionamiento 
 
 
 
Dentro del diseño de este circuito se toma en cuenta que se debe emitir 
ráfagas de luz para que sean captadas por el fototransistor, y para esto 
vamos a usar el un circuito integrado el cual es el LM567, hoja técnica en 
anexos. Este integrado es un decodificador de tonos con el que podemos 
controlar la emisión de luz, además de poder manejar la recepción de luz por 
el fototransistor. Para poder controlar la señal hacia la tarjeta de control, 
utilizamos un optoacoplador y así independizar la tarjeta de sensado. A 
continuación presentamos el diagrama esquemático de la tarjeta de prueba 
para este circuito (figura 3.14). Además de los componentes y tarjeta 
impresa (anexo 12). 
 
 56 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.18- Diagrama esquemático de la tarjeta de sensado 
 
 57 
 
3.4.2 Implementación de Software 
 
 
En este punto veremos lo relacionado a lo que es la programación del 
controlador a usar, en este caso el microcontrolador ATMega8 de Atmel. 
Describiremos la secuencia lógica a seguir además de mostrar en diagramas 
de bloques y flujo el desarrollo de este trabajo. 
 
 
 
 3.4.2.1 Diagrama de bloques 
  
Figura 3.15- Diagrama de bloques general del funcionamiento 
 
 
 
Aquí mostramos el diagrama de bloques del sistema que controlará al 
submarino; como se aprecia, se ha considerado los sistemas de 
comunicación y monitoreo, esto para controlar las acciones del submarino 
desde una base de monitoreo que pueda manejar un pequeño control 
basado en radio frecuencia. El sistema de monitoreo consiste en la 
transmisión de imágenes de video hacia la pequeña central donde se podrán 
visualizar las zonas por donde navegue el vehículo. 
 
 
 
En los siguientes diagramas de bloques presentamos los diferentes sistemas 
que conforman el funcionamiento del presente trabajo de tesis. Se 
 58 
 
presentarán los sistemas de comunicación tanto para controlar el submarino 
como para trasmitir las imágenes de video, también están los sistemas de 
control, de potencia y de sensado. 
 
 
 
Figura 3.16- Diagrama de bloques de comunicación RF 
 
 
Figura 3.17- Diagrama de bloques de control 
 
 
 
 
 59 
 
 
 
 
 
Figura 3.18- Diagrama de bloques de potencia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.19- Diagrama de bloques 
 
 
 
 
 
 
 60 
 
 3.4.2.2 Diagrama de flujo 
 
  
Mostraremos algunos diagramas de flujo para dar a conocer el 
funcionamiento específico de cada función para la cual se va a trabajar, de 
las que podemos mencionar tenemos a la lógica de la rutina principal (figura 
3.20), la lógica de navegación del submarino (figura 3.21) así como la 
sumersión y emersión (figuras 3.22a y 3.22b respectivamente). 
 
 
 
Es importante mencionar que los demás diagramas de flujo están siendo 
trabajados para lo cual es necesario definir todos los sistemas usados. Es 
por eso que tanto el diagrama principal como las de sus subrutinas aún no 
serán mostrados. 
 
 
 
Figura 3.20- Diagrama de flujo principal 
 
 
 61 
 
 
 
 
 
Figura 3.21- Diagrama de flujo de navegación 
 62 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.22a)- Diagrama de flujo de sumersión. b)- Diagrama de flujo de emersión. 
 
 63 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 4: 
SUBMARINO ELECTRICO EXPERIMENTAL AUTÓNOMO  PARA 
APLICACIONES DE INVESTIGACIÓN 
 
 
4.1 Análisis General del Sistema 
  
 
En este capítulo veremos lo que corresponde al funcionamiento 
general del prototipo, centrándonos en las tarjetas implementadas y 
conectadas entre sí. Además verificaremos que el submarino 
experimental llegue a ser completamente operativo para lo cual se 
tendrá que ajustar a los requerimientos inicialmente planteados en 
este trabajo de tesis, cumpliendo así con los objetivos trazados. 
 
 
 
Ya que todo el sistema para el control electrónico está compuesto por 
diferentes etapas, nos dedicaremos a analizar cada una de ellas para 
ver en detalle la función que cumplen y su operatividad. En este punto 
distribuiremos dichas etapas en: 
 
 
 
 Sistema de Potencia 
 Sistema de Control 
 Sistema de Sensado 
 Sistema de Radio Frecuencia 
  
 
 
 64 
 
Adicionalmente se analizará la transmisión de imágenes de la cámara 
instalada en el prototipo para monitorear las regiones por donde 
navegue. Dado que no se desarrollará algún equipo en especial para 
la transmisión de imágenes, se tocará este tema al final del análisis 
general del funcionamiento; claro está, sin dejar de lado la importancia 
que este tema representa ya que con esta herramienta podremos ver 
y analizar el material necesario para propósitos de investigación. 
 
 
 
A continuación se presenta el análisis de los sistemas arriba 
mencionados. 
 
 
 
 4.1.1 Sistema de Potencia: 
 
 
El sistema de potencia comprende el funcionamiento, valga la 
redundancia, de las tarjetas de potencia y la correcta comunicación 
con el sistema de control. En el capítulo anterior se dio a conocer el 
diseño y la implementación de las tarjetas que componen este 
sistema, dando detalles del funcionamiento de estas por lo que en 
este capítulo no se tocará dichos detalles, pero si se tomará en cuenta 
algunas especificaciones necesarias para explicar el trabajo final de 
estas tarjetas. 
 
 
 
Las tarjetas de potencia fueron implementadas con la finalidad de 
transmitir la energía necesaria para mover los motores empleados en 
el submarino, y que al fin y al cabo darán la maniobrabilidad necesaria 
para controlarlo y poder navegar sin dificultades. Dichas tarjetas, en 
primera instancia, fueron probadas individualmente para verificar que 
no hubiesen errores de diseño o de conexión que pudiesen dañar los 
componentes a su alrededor, tales como los motores o las tarjetas 
que controlarían las acciones de navegación. 
 65 
 
 
 
 
Las pruebas realizadas consistieron en alimentar dichas tarjetas de 
potencia con un nivel de voltaje similar al que se usará en el prototipo, 
y simular las señales de control para manejar el sentido de giro de los 
motores. El nivel de tensión usado para la tarjeta de potencia-
Navegación fue de 24 voltios mientras que para la tarjeta de potencia-
Tanque de lastre fue de 12 voltios, ya que esta controlará la energía 
para mover el motor que accionará el sistema de sumersión y 
emersión. Para ambas tarjetas se simuló las señales de control dando 
un nivel de 5 voltios para cada una, simulando un “1” lógico para 
activar un sentido sin olvidar conectar una señal de tierra diferente a 
la de la tarjeta de potencia. 
 
 
 
Los motores utilizados en estas pruebas fueron de corriente continua, 
para la tarjeta de la navegación se usaron dos motores con una 
potencia de 500 Vatios a un nivel de 24 voltios cada uno; mientras 
que para la tarjeta del tanque de lastre se usó un motor de 12 voltios a 
120 Vatios de potencia. 
 
 
 
Los resultados de las pruebas realizadas fueron exitosos, controlando 
los movimientos de giro de cada motor perfectamente sin presentar 
ningún inconveniente. El tiempo de activación de estos motores fue de 
15 minutos, llegando a no calentar demasiado los semiconductores, 
en este caso los transistores de potencia y el regulador de voltaje. Si 
esto sucediese podría dañar dichos componentes y así el 
funcionamiento de la tarjeta, y para evitar esto se ha acoplado 
disipadores adecuados para no permitir este sobre calentamiento. 
 
 
 
Una vez terminadas las pruebas se procede a la fabricación de las 
tarjetas finales que estarán instaladas en el submarino experimental. 
 66 
 
Hasta este punto de avance se llegó tomando en cuenta la correcta 
funcionalidad de las tarjetas, siendo tema pendiente la elaboración 
final de éstas. 
 
 
 
Finalmente, se puede concluir que los diseños utilizados en esta 
etapa son eficientes y adecuados para distribuir la potencia necesaria 
para los motores acoplados al submarino experimental.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.1. Tarjeta de Potencia-Tanque de Lastre 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 67 
 
 
 
Figura 4.2. Tarjeta de Potencia-Navegación 
 
 
 
 4.1.2 Sistema de Control:  
 
 
El sistema de control comprende el funcionamiento de su respectiva 
tarjeta, además de una comunicación adecuada entre los 
componentes a su alrededor tales como las tarjetas de potencia, las 
tarjetas de sensado, la tarjeta de transmisión por radiofrecuencia y 
alguna opción de conexión adicional que pueda presentarse.  
 
 
 
Si bien se trata de una sola tarjeta, también representa la más 
importante dentro del funcionamiento general del submarino 
experimental. La tarjeta de control, como su nombre lo indica, 
contiene las instrucciones de control necesarias para brindarle 
maniobrabilidad al prototipo y no solo eso, sino además ser capaz de 
evitar choques con obstáculos manejando las señales que provienen 
de los sensores de proximidad. 
 
 
 
 68 
 
Las instrucciones de control en las que se basa este sistema son 
comandos lógicos que trabajan con las señales de entrada y salida 
con las que cuenta el microcontrolador. Afortunadamente el empleo 
de señales de entrada para elaborar la lógica del programa puede ser 
manejable y configurable, dándonos la libertad para desarrollar un 
adecuado control para enviar apropiadas señales de salida a nuestros 
actuadores, en este caso los motores de navegación. 
 
 
 
Para un mejor entendimiento se explica la lógica del control en un 
diagrama de flujo, en donde se detalla el procedimiento que se sigue 
para elaborar las instrucciones que componen el programa principal y 
sub programas que ayudan a controlar convenientemente al 
submarino experimental. Dichas instrucciones se basan en utilizar 
recursos propios del microcontrolador, y así explotar su capacidad en 
función de “cerebro” del control electrónico. 
 
 
 
Tal como se mencionó en el capítulo anterior, el microcontrolador 
usado es uno del fabricante Atmel llamado ATMega8, el cual 
aprovechamos por su facilidad de programar. Este microcontrolador 
puede ser programado mediante lenguaje ensamblador, el cual se 
basa en una lista de instrucciones lógicas que conforman un 
programa apropiado para nuestro propósito de control. Sabido esto, 
las instrucciones que fueron elaboradas para el microcontrolador se 
desarrollaron en el programa AVR Studio 4, el cual es un entorno de 
desarrollo integrado también del fabricante Atmel. Con esto nos 
facilita resolver el problema de compatibilidad para el 
microcontrolador, y la particularidad de este radica en que las 
instrucciones son procesadas a una frecuencia de 1 MHz, esto 
significa que cada una de estas instrucciones dura 1 micro segundo 
(μs.) en ser procesada por el microcontrolador proporcionándonos la 
velocidad suficiente para tener una respuesta rápida y segura para 
 69 
 
que el control electrónico del submarino pueda simularse a tiempo 
real. 
 
 
 
En el anexo correspondiente al ATMega 8 se muestra la disposición 
de pines del microcontrolador usado, y para tener un mejor panorama 
de cómo se usará dicha disposición de pines dentro de este trabajo se 
muestra la figura 4.3. Cabe señalar que esta disposición se usó para 
la tarjeta de control en prueba, dado que las señales de las tarjetas de 
sensado serán (04) cuatro y en este punto se había utilizado solo  (01) 
una. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.3 Pines usados para la tarjeta de control en prueba 
 
 
 
 
Para finalizar esta etapa, podemos concluir que hasta este punto se 
necesita implementar de la mejor manera la lógica de control aún en 
progreso. Por lo pronto se tiene la tarjeta de pruebas ya finalizada y 
 70 
 
lista para usar para posteriormente implementar la tarjeta de control 
final que irá acoplada en el submarino experimental. 
 
 
 
 
Figura 4.4 Tarjeta de control  
 
 
 
 4.1.3 Sistema de Sensado: 
 
 
El sistema de sensado consiste en la funcionalidad de las tarjetas de 
los sensores de proximidad, los cuales están basados en sensores 
infrarrojos. Estos sensores, a su vez, están conformados por un led 
transmisor infrarrojo y un fotodiodo receptor infrarrojo, en la figura 4.5 
se muestra la disposición de estos sensores infrarrojos. Y como se 
podrá observar están separados por una barrera con la finalidad de 
impedir que haya interferencia entre ambos y no se pueda llegar a su 
objetivo acometido, el cual es el de detectar obstáculos a cierta 
distancia y mandar las señales a la tarjeta de control para que 
maniobre al submarino en sentido contrario y evitar choques. 
 
 
 
Como se mencionó anteriormente, los sensores de proximidad serán 
cuatro (04), esto porque se necesita tener una referencia en cada lado 
del submarino, es decir, en la parte de adelante, atrás, izquierda y 
 71 
 
derecha. Por lo que se necesita manejar el mismo número de señales 
de recepción en la tarjeta de control, explicado líneas anteriores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.5 Sensores infrarrojos 
 
 
La ubicación exacta de cada uno de estos sensores se dará a conocer 
en adelante ya que aún no se acopla todo el sistema en el submarino 
experimental, y por lo pronto se tiene la tarjeta de pruebas que incluye 
un generador de señal adecuada para el led transmisor de infrarrojo, y 
además recibe la señal del fotodiodo receptor de infrarrojos para así 
detectar el obstáculo. Una vez logrado esto envía una señal a la 
tarjeta de control para que maniobre al submarino. 
 
 
 
Una de las especificaciones en el diseño fue el uso del integrado 
LM567, el cual es un decodificador de tonos que efectuará la función 
de emisor de tonos y receptor de la misma señal, a su vez enviará la 
señal de control.  
 
 
 
Y para finalizar las observaciones sobre este sistema podemos 
concluir diciendo que la tarjeta de sensado fue terminada, estando 
operativa. La figura 4.6 muestra dicha tarjeta culminada. Las pruebas 
 72 
 
fueron hechas alimentando la tarjeta con un nivel de 5 voltios, 
suficiente para el trabajo normal de la misma. Se verificó que llegase 
una señal de confirmación o de detección de obstáculo, haciéndolo a 
una distancia de un metro (1 m.), la cual es suficiente para maniobrar 
al submarino sin que este llegue a chocar con el obstáculo mientras 
cambia de sentido. 
 
 
Figura 4.6 Tarjeta de sensado de proximidad 
 
 
 
 4.1.4 Sistema de Radio Frecuencia: 
 
 
El sistema de radio frecuencia consta de la transmisión de señales a 
una frecuencia apropiada para el control inalámbrico del submarino 
experimental. Si bien en un principio fue sugerido solo como una 
opción, se requirió tener más control sobre el prototipo por lo que se 
optó por implementar este sistema. 
 
 
 
El desarrollo de esta etapa está en progreso por lo que no se obtienen 
resultados palpables a este punto del avance del trabajo de tesis. Sin 
embargo la investigación realizada ha obtenido resultados que suman 
a esta tesis. 
 73 
 
 
 
 
La transmisión de radio frecuencia por debajo del agua no es muy 
común, incluso no es una opción tomada con demasiado optimismo 
dentro de la actual tecnología de submarinos experimentales para 
investigación. Este inconveniente surge porque las ondas 
electromagnéticas no son transportadas adecuadamente por el agua, 
y si fuera salada es menor la transmisión, es decir que las señales de 
radio frecuencia se atenúan considerablemente dentro del agua, 
sobre todo porque al entrar en contacto con otro medio de diferente 
densidad, en este caso del agua, pierden potencia y no llegan con la 
misma fidelidad con la que uno envía estas señales. 
 
 
 
Aunque es difícil realizar este tipo de transmisión, es posible 
implementarla, pero con ciertos criterios. Por ejemplo es muy 
recomendable transmitir usando una frecuencia muy baja al igual que 
las que usan los submarinos de gran dimensión. Un problema con 
esto sería que no existen mucho módulos de transmisión y recepción 
en el mercado público, al igual que las antenas por lo que el acceso a 
estos son muy reducidos. Otra especificación es que se tiene que 
aislar convenientemente la antena para evitar corto circuito con el 
agua ya que esta es conductora. 
 
 
 
El sistema de prueba a usar para lograr la comunicación de radio 
frecuencia con el submarino es el siguiente. Se utilizará módulos 
comerciales de radio frecuencia, con una frecuencia no tan alta, como 
por ejemplo a 433 MHz de portadora. La antena de recepción será 
aislada y acoplada al submarino para que pueda recibir señales de 
control remoto desde una pequeña central donde se encontrará el 
módulo transmisor. 
 
 
 74 
 
 
Vale la pena mencionar que la transmisión será controlada con un 
módulo de mando integrado por un microcontrolador ATMega8, el 
cual es apropiado para este tipo de tarea. Los comandos de control 
serán similares a los de un control remoto común, tomando en cuenta 
los mandos generales como sumergir, emerger, navegar hacia 
adelante, hacia atrás, a la izquierda o derecha. 
 
 
 
Finalizando este punto se concluye que se debe implementar 
eficientemente este sistema de comunicación ya que por motivos 
antes descritos se tiene que obtener una buena calidad de 
transmisión dado el medio de dificultad actual. Además lograr 
controlar el submarino sin ningún inconveniente de por medio. 
 
 
 
4.2 Desarrollo de la Solución  
 
 
La integración de todos los sistemas requiere de tener todas las 
tarjetas operativas; es así que, como se mostró anteriormente, se 
hicieron pruebas independientes con cada sistema para saber qué 
características tenía cada una y saber si podrían ser acopladas sin 
problemas. 
 
 
 
Empezaremos por la tarjeta de control; como se sabe, es el sistema 
principal del control electrónico ya que contiene la lógica que permitirá 
mover al prototipo tanto en navegación como en sumersión y 
emersión, además de recibir señales del sistema de sensado para 
evitar obstáculos cuando toda esta integración sea acoplada al 
submarino experimental. 
 
 
 75 
 
 
El programa estará basado en seguir una ruta de navegación 
autónoma, accionando alternadamente los motores de navegación y 
el tanque de lastre que permite la sumersión y emersión del 
submarino. Pero se ha activado la opción de recibir señales de radio 
control, la cual enviará al control del submarino si se quiere un modo 
autónomo o un modo de control remoto. Se considera a esto un 
primer filtro, es decir, la rutina principal del programa será decidir si se 
ejecuta el modo autónomo o se ejecuta el modo control remoto. Este 
último está centrado en comunicación por radio frecuencia, 
anteriormente descrita. 
 
 
 
Como se explicó líneas arriba, el modo autónomo consiste en navegar 
alternadamente, mediante una subrutina previamente grabada en el 
microcontrolador. Ahora, explicaremos el modo de control remoto. Si 
bien involucra una comunicación y ejecución en tiempo real, las 
instrucciones son sencillas, ya que consisten en mover los motores de 
acuerdo a lo que se indique desde el control remoto. 
 
 
 
Una importante anotación respecto a este programa principal es que 
se estará monitoreando la proximidad de obstáculos al submarino, ya 
que sensores infrarrojos estarán alrededor del prototipo se tomará en 
cuenta la ubicación de cada uno de ellos, así poder retroceder en el 
movimiento y evitar que colisione causando algún daño en el vehículo. 
 
 
 
Finalmente cabe resaltar que el programa puede ser flexible a 
cambios, ya que hay muchas opciones de mejora dentro del 
submarino y que estarán involucradas en la parte de control, es decir, 
todo cambio influirá en el control electrónico desarrollado. 
 
 
 
 76 
 
4.3 Evaluación Económica 
 
 
Antes de presentar los cálculos para determinar el presupuesto de 
este desarrollo de investigación tenemos que definir ciertas partes. 
Primero, es importante saber que no se cuenta con apoyo económico 
muy grande, pero si lo suficiente para desarrollar un prototipo eficiente 
y sin mucha complejidad. Segundo, los diseños de los circuitos se 
dividirán en partes para tener un mejor control independientemente de 
cada parte. Y por último, algunos gastos generales como transporte, 
viajes y trámites no se consideran dentro de este presupuesto. 
 
 
 
A continuación se describe los costos generales que tendrá esta 
investigación: 
 
 
 
• Parte Mecánica: 
 
Estimación para Chasis, Estructura mecá_ :  S/ 1500 
nica, Reductores, Hélices, Mangueras, etc. 
 
 
 
• Parte Eléctrica: 
 
Estimación para Motores, Baterías,  :  S/. 800 
Sistema RF, Cables, Sensores, etc.   
 
 
 
• Elaboración de Tarjetas incluyendo componentes: 
 
Potencia     :   S/. 70 
Control     :   S/. 40 
Sensores     :   S/. 70 
 77 
 
Transmisión y Recepción   :   S/. 50 
Fuente     :   S/. 30 
 
 
 
Todo estas cantidades hacen un total de S/. 2560, el cual se irá 
ajustando según vaya desarrollándose la investigación e 
implementación final. 
 
 
 
Existen equipos de submarinos de exploración más sofisticados por 
ser elaborados por empresas de gran capacidad financiera que van 
desde los 1000 euros hasta unos 2500 euros. Además existen 
modelos de submarinos a radio control desde 200 euros hasta unos 
650 euros [13]. Claro está, el desarrollo de estos equipos en Perú es 
escaso o casi nulo, es por eso que no se encuentran referencias 
locales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 78 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSIONES 
 
 
 
1. La implementación del control electrónico al prototipo experimental 
brinda las herramientas necesarias para desarrollar una investigación 
submarina efectiva, siendo necesario continuar con el estudio de esta 
rama tecnológica dentro del Perú. 
 
 
 
2. La realización de este trabajo impulsa a seguir desarrollando la 
tecnología en el país a partir de técnicas simples que nos pueden llevar 
a  sobresalir en campos en los que hasta ahora no tenemos presencia 
tecnológica y que son de mucho interés por su utilidad en pro del 
desarrollo. 
 
 
 
3. El funcionamiento del control electrónico brinda buena maniobrabilidad 
de los actuadores y una satisfactoria reacción a cercanía de obstáculos. 
Esto convierte al sistema en una alternativa de implementación para 
investigación submarina recomendable con pocos errores de 
funcionamiento. 
 
 
 
4. Los diseños de los sistemas que componen el control electrónico utilizan 
electrónica no compleja que permite ser flexible y a la vez sentar una 
base para mejoras en cada una de ellas. 
 
 
 
 79 
 
5. La implementación del control electrónico en el submarino experimental 
nos da la oportunidad de controlar la navegación por lugares donde un 
buzo no puede ingresar. 
 
 
 
6. El sistema diseñado se muestra como alternativa viable para resolver las 
limitaciones actuales de la investigación submarina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 80 
 
 
 
 
 
 
 
FUENTES 
 
 
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 Derecho, Gerencia y Desarrollo 
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[2] GARCÍA-ABAD ALONSO, Juan Javier 
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Cartografía Ambiental, Universidad de Alcalá 
 
 
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 2008 Misión y Contactos de la Dirección de Hidrografía y Navegación 
Marina de Guerra del Perú 
<www.dhn.mil.pe> 
 
 
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 2007 “Arqueología Subacuática” 
<www.redaccionline.com/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id
=282> 
 
 
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 2008 “Instituciones del Sistema Nacional de Ciencia y Tecnología” 
<www.concytec.gob.pe/sinacyt/instituciones> 
 
 
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Announced at Subsea '08”. Sea Technology: Abril 2008. Vol. 49, Iss. 
4; pg. 61, 2 pgs 
 
 81 
 
 
[8] WINTERS, Jeffrey  
2008 ProQuest®. [en línea]. “Running Silent”. Mechanical Engineering: Abril 
2008. Vol. 130, Iss. 4; pg. 12, 1 pgs 
 
 
[9] JAFFREY, Andrew  
2008 ProQuest®. [en línea]. “Wireless Control and Monitoring of Subsea 
Equipment”. Sea Technology: Febrero 2008. Vol. 49, Iss. 2; pg. 10, 5 
pgs 
 
 
[10]  KINSEY, James C. 
2007  ProQuest®. [en línea]. Advances in precision navigation of 
oceanographic submersibles, The Johns Hopkins University. 
 
 
[11]  NAIK, Mugdha S. 
 2007  ProQuest®. [en línea].Nonlinear suboptimal and adaptive pectoral fin 
control of autonomous underwater vehicle, University of Nevada, Las 
Vegas. 
 
 
[12] KULJACA, Ognjen 
2007  ProQuest®. [en línea].Intelligent neural network and fuzzy logic control 
of industrial and power systems, University of Texas at Arlington. 
 
 
[13] MODELISMO NAVAL 
 2008 “Anuncios clasificados” 
 <www.modelismonaval.com/servicios/anuncios/anunciosventas> 
 
 
 [14] INSTITUTO DE DEFENSA DEL PATRIMONIO CULTURAL 
SUBACUÁTICO – IDPCS 
 “Misión y Visión del Instituto” 
<www.idpcs.org.pe> 
 
 
[15] PERU DIVERS 
 2008 “Buceo con Scuba” 
<www.perudivers.com/AcercaBuceo> 
 
 
[16] ASOCIACIÓN PROFESIONAL DE ACTIVIDADES SUBACUÁTICAS 
 “Buceo Profesional, Deportivo y Científico” 
<www.aquaproa.com> 
 
 
 
 82 
 
[17] Islas de Ancón 
 2007 “Tour de Buceo” – Peru Divers 
<www.perudivers.com/doc/ANCON07.pdf> 
 
 
[18] SAXTON, Jim 
2008 ProQuest®. [en línea]. “Exploring the Oceans: A Responsibility to 
Meet”. Sea Technology: Enero 2008. Vol. 49, Iss. 1; pg. 28, 2 pgs 
 
 
 
[19] MERRILL, kaylani ; O'ROURKE, Michael  y EDWARDS, DEAN   
 2007 ProQuest®. [en línea]. “Applying Intentionality to AUV Communication” 
Sea Technology: Octubre 2007. Vol. 48, Iss. 10; pg. 25, 4 pgs 
 
 
[20] ROSANO MATCHAIN, Hugo Leonardo 
 2001 “Submarino Autónomo U-47” 
Proyecto de Diseño, Instituto Tecnológico y Estudios Superiores de 
Monterrey 
 
 
[21] REDOLFO CERRÓN, Gary 
 2002 “Sistema de Control Electrónico para un Vehículo Eléctrico” 
Tesis de Ciencias e Ingeniería, mención en Ingeniería Electrónica. 
 
 
[22] RASHID, Muhammad 
 1993 “Power electronics: circuits, devices, and applications”, Ed. 2 
Temas de Electrónica de Potencia 
 
 
[23] KUO, Benjamin 
 2003 “Automatic Control Systems”, Ed. 8 
Temas de Control Automático 
 
 
[24] OGATA, Katsuhiko 
 1993 “Ingeniería de Control Moderno”, Ed. 2 
Temas de Control Automático 
 
 
[25] MARTICORENA, Benjamín 
2004 “Ciencia, Tecnología e Investigación en Perú” 
<http://www.oei.es/salactsi/marticorena.pdf> 
 
 
 
 
 
 83 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 1 
Hoja de Datos: Mosfet IRF9630 
 
 
 
 
 
 84 
 
 
 
 
 
 
 
 85 
 
 
 
 
 
 
 
 86 
 
 
 
 
 
 
 
 87 
 
 
 
 
 
 
 
 
 88 
 
 
 
 
 
 
 
 
 89 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N°2 
Hoja de Datos: IRF9610 
 
 
 
 90 
 
 
 
 
 
 
 
 91 
 
 
 
 
 
 
 
 92 
 
 
 
 
 
 
 
 93 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 3 
Hoja de Datos: IRF630 
 
 
 
 
 94 
 
 
 
 
 
 
 
 95 
 
 
 
 
 
 
 
 
 96 
 
 
 
 
 
 
 
 
 97 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 4 
Hoja de Datos: IRFZ44N 
 
 
 98 
 
 
 
 
 
 
 99 
 
 
 
 
 
 
 100 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 101 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 5 
Hoja de Datos: 4N33 
 
 102 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 103 
 
 
 
 
 
 
 
 
 104 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 6 
Hoja de Datos: L7805 
 
 105 
 
 
 
 
 
 
 106 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 107 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 7 
Hoja de Datos: LM567 
 
 
 
 
 108 
 
 
 
 
 
 
 
 109 
 
 
 
 
 
 
 
 110 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 8 
Hoja de Datos: ATMega 8 
 
(Hoja de Datos adjunta en CD por su tamaño) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 111 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 9 
Disposición de componentes, vista “top” (a) y “bottom” (b) de la tarjeta 
de potencia-navegación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 112 
 
 
 
 
 
 113 
 
 
 
ANEXO N° 10 
Disposición de componentes (a), vista “top” (b) y “bottom” (c) de la tarjeta de potencia-tanque de lastre 
 114 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 11 
Disposición de componentes, vista “top” (a) y “bottom” (b) de la tarjeta 
de control 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 115 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 116 
 
 
ANEXO N° 12 
Disposición de componentes (a), vista “top” (b) y “bottom” (c) de la tarjeta de sensado  
 
 
 
 
 117 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 13 
Ecuación Diferencial del Submarino 
 
 
A continuación mostramos la ecuación diferencial y el diagrama de fuerzas 
en los tres estados de movimiento del submarino (descender, ascender y 
equilibrio). 
 
A) Descenso: 
 
Cuando el submarino desciende intervienen fuerzas que afectan 
su movimiento. Estas fuerzas son: El empuje (E) generado para 
oponerse al peso (W) del submarino, y además la fuerza viscosa 
(fv) propia del fluido por donde se desplaza el submarino. 
Podemos apreciar el diagrama de fuerzas para el descenso en la 
siguiente figura. 
 
 
Figura 1 Diagrama de fuerzas cuando submarino desciende 
 
 118 
 
La ecuación diferencial podemos obtenerla de dicho diagrama 
de fuerzas. 
 
Entonces podemos desarrollar la ecuación según la Segunda 
Ley de Newton donde la suma de fuerzas es igual al producto 
de la masa por la aceleración: 
 
W – fv – E = m(dv/dt) + v(dm/dt)   (Ec. 1) 
 
Donde: 
W  = m . g    (Ec. 2) 
fv = k . v    (Ec. 3) 
E = ρ . V . g    (Ec. 4) 
ρ = m/V    (Ec. 5) 
 
ρ :  Densidad del fluido 
V :  Volumen desalojado 
m :  Masa del submarino 
v : Velocidad 
g :  Aceleración de la gravedad 
 
Ahora sustituimos las ecuaciones 2, 3 y 4 en la ecuación 1 y 
obtenemos: 
 
m.g – k.v – ρ.V.g = m(dv/dt) + v(dm/dt)  (Ec. 6) 
 
Para que el submarino descienda el tanque de lastre es 
inundado con agua y así pueda cambiar la densidad del mismo, 
con esto hacemos que la densidad total del submarino y el 
agua en su interior sea mayor que la del fluido por ende el 
submarino irá sumergiéndose. 
 
 119 
 
De la ecuación 6 podríamos encontrar una relación entre la 
variación de densidad y la profundidad a la que se sumerge el 
submarino. 
 
B) Ascenso: 
 
En esta ocasión al ascender, la fuerza viscosa se opone por lo 
que siempre es importante tener en cuenta el efecto que pueda 
tener sobre el movimiento del submarino. 
 
 
Figura 2 Diagrama de fuerzas cuando submarino asciende 
 
Del diagrama de fuerzas de la figura 2 podemos obtener su 
respectiva ecuación diferencial. 
 
E – W – fv = m(dv/dt) + v(dm/dt)   (Ec. 7) 
 
Procedemos al igual que en el descenso, entonces 
obtendremos: 
 
ρ.V.g – m.g – k.v = m(dv/dt) + v(dm/dt)  (Ec. 8) 
 
 
 
 
 120 
 
C) Equilibrio: 
 
En este estado solo intervienen las fuerzas de empuje y el peso, 
siendo iguales para mantener el equilibrio. A continuación se 
muestra el diagrama de fuerzas del estado. 
 
 
Figura 2 Diagrama de fuerzas cuando submarino 
 
W – E = m(dv/dt) + v(dm/dt)  (Ec. 9) 
 
Por encontrarse en equilibrio no hay variación de velocidad por 
lo que La ecuación queda de la siguiente forma: 
 
W = E      (Ec. 10) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 121 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO N° 14 
Código de Programación 
 
.include "m8def.inc" 
 
; Define here the variables 
; 
.def temp   = r17 
.def infra  = r18 
 
.equ valortope  = 15624 
 
  
.MACRO ADELANTE    ;00000101 
 
 cbi PORTC,3 
 sbi PORTC,2 
 cbi PORTC,1 
 sbi PORTC,0 
 
.ENDMACRO 
 
.MACRO DERECHA    ;00001001 
 
 sbi PORTC,3 
 cbi PORTC,2 
 cbi PORTC,1 
 sbi PORTC,0 
 
.ENDMACRO 
 
.MACRO IZQUIERDA   ;00000110 
 
 cbi PORTC,3 
 sbi PORTC,2 
 sbi PORTC,1 
 cbi PORTC,0 
 
.ENDMACRO 
 
 122 
 
.MACRO ATRAS     ;00001010 
 
 sbi PORTC,3 
 cbi PORTC,2 
 sbi PORTC,1 
 cbi PORTC,0 
 
.ENDMACRO 
 
.MACRO SUMERGE     ;00000010 
 
 cbi PORTB,2 
 sbi PORTB,1 
 
.ENDMACRO 
 
.MACRO EMERGE     ;00000100 
 
 sbi PORTB,2 
 cbi PORTB,1 
 
.ENDMACRO 
 
; Define here Reset and interrupt vectors, if any 
; 
reset: 
   rjmp inicio_principal 
   rjmp int_infra       ; Addr $01 (INT0-PD2) 
   reti      ; Addr $02 
   reti      ; Addr $03 
   reti      ; Addr $04 
   reti      ; Addr $05 
   reti      ; Addr $06        Use 'rjmp myVector' 
   reti      ; Addr $07        to define a interrupt vector 
   reti      ; Addr $08 
   reti      ; Addr $09 
   reti      ; Addr $0A 
   reti      ; Addr $0B        This is just an example 
   reti      ; Addr $0C        Not all MCUs have the same 
   reti      ; Addr $0D        number of interrupt vectors 
   reti      ; Addr $0E 
   reti      ; Addr $0F 
   reti      ; Addr $10 
 
; Program starts here after Reset 
 
 
 
 
 
 123 
 
;********************************************************************************** 
; PROGRAMA PRINCIPAL 
;********************************************************************************** 
inicio_principal: 
 
 cli 
 
 ldi  r16,high(RAMEND) ; inicializamos pila 
 out SPH,R16 
 ldi  r16,low(RAMEND) 
 out  SPL,R16 
 
 rcall config_puertos 
 rcall config_interrup 
 
inicializa: 
 
 sei 
 rjmp nav_auto 
 
 
;********************************************************************************** 
config_puertos: 
 
 push r16 
  
 ldi  r16,0b00000000 ;PD2 entrada (recepción de IR) 
 out  ddrd,r16 
 ldi  r16,0b11111111 ;Activamos pull-up 
 out  portd,r16 
 ldi  r16,0b00001111 ;PC0-PC3 y PC4 salidas y entrada 
(motores navegación 
 out  ddrc,r16  ;y RX-IR de prueba) 
 ldi  r16,0b00000110 ;PB1-PB2 salidas (motor tanque de 
lastre) 
 out  ddrb,r16 
 
 pop  r16 
 ret 
 
;********************************************************************************** 
config_interrup: 
 
 push r16 
 
ldi  r16,(0<<ISC01)|(1<<ISC00)|(0<<ISC10)|(1<<ISC11)   
;config. para flanco de subida 
 out  MCUCR,r16 
 ldi  r16,(1<<INT0)|(0<<INT1)         ;habilita PD2 
 out  GICR,r16 
 124 
 
 
 pop  r16 
 ret 
 
;********************************************************************************** 
; RUTINA DE NAVEGACIÓN AUTÓNOMA 
;********************************************************************************** 
autonomo:  ; Tabla de movimientos del submarino 
 
 .db 
 1,5,1,2,1,1,3,1,1,1,3,1,1,1,1,3,1,1,1,1,3,1,1,3,5,1,1,1,1,6,6,4,4,4,4,0 
 
;********************************************************************************** 
nav_auto: 
 
 ldi  zh,high(autonomo<<1) ;Apuntamos a inicio de tabla 
 ldi  zl,low(autonomo<<1) ;donde se guardaran las 
instrucciones 
 
sigue_nav: 
 
 lpm  temp,z+   ;cargamos movimientos para la  
 cpi  temp,0  ;la navegación autónoma 
 breq fin_nav_auto   ;En 0 acaba la rutina autónoma 
 
 cpi  temp,1   ;iniciamos filtro de movimientos 
 breq    mov_adelante 
 cpi temp,2 
 breq mov_derecha 
 cpi temp,3 
 breq mov_izquierda 
 cpi temp,4 
 breq mov_atras 
 cpi temp,5 
 breq mov_sumerge 
 cpi temp,6 
 breq mov_emerge 
 
;********************************************************************************** 
 
mov_adelante:    ;submarino va hacia adelante 
 
 ADELANTE 
 rcall delay_1s 
 rjmp sigue_nav 
 
mov_derecha:    ;submarino va hacia la derecha 90° 
 
 DERECHA 
 rcall delay_1s 
 125 
 
 rjmp sigue_nav 
 
mov_izquierda:    ;submarino va hacia la izquierda 90° 
 
 IZQUIERDA 
 rcall delay_1s 
 rjmp sigue_nav 
 
mov_atras:     ;submarino va hacia atrás 
 
 ATRAS 
 rcall delay_1s 
 rjmp sigue_nav 
 
mov_sumerge:    ;submarino se sumerge 
 
 SUMERGE 
 rcall delay_1s 
 rjmp sigue_nav 
 
mov_emerge:    ;submarino emerge 
 
 EMERGE 
 rcall delay_1s 
 rjmp sigue_nav 
 
 
fin_nav_auto: 
  
 ldi r16,0   ;detiene al submarino 
 out PORTC,r16 
 rcall delay_1s 
   
 rjmp inicializa  ;regresa a programa principal 
 
;********************************************************************************** 
; RUTINA DE INTERRUPCIÓN EXTERNA POR INFRARROJO 
;********************************************************************************** 
int_infra: 
 
 push r16 
 in r16,sreg 
 push r16 
 
 cpi  temp,1  ;iniciamos filtro de movimientos para evitar 
 breq    mov_atras_ev 
 cpi temp,2 
 breq mov_izquierda_ev 
 cpi temp,3 
 breq mov_derecha_ev 
 126 
 
 cpi temp,4 
 breq mov_adelante_ev 
 cpi temp,5 
 breq mov_emerge_ev 
 cpi temp,6 
 breq mov_sumerge_ev 
 
mov_adelante_ev:    ;submarino va hacia adelante 
 
 ADELANTE 
 rcall delay_1s 
 rcall delay_1s 
 pop r16 
 out sreg,r16 
 pop r16 
 reti 
 
mov_derecha_ev:    ;submarino va hacia la derecha 90° 
 
 DERECHA 
 rcall delay_1s 
 rcall delay_1s 
 pop r16 
 out sreg,r16 
 pop r16 
 reti 
 
mov_izquierda_ev:    ;submarino va hacia la izquierda 90° 
 
 IZQUIERDA 
 rcall delay_1s 
 rcall delay_1s 
 pop r16 
 out sreg,r16 
 pop r16 
 reti 
 
mov_atras_ev:    ;submarino va hacia atrás 
 
 ATRAS 
 rcall delay_1s 
 rcall delay_1s 
 pop r16 
 out sreg,r16 
 pop r16 
 reti 
 
mov_sumerge_ev:    ;submarino se sumerge 
 
 SUMERGE 
 127 
 
 rcall delay_1s 
 rcall delay_1s 
 pop r16 
 out sreg,r16 
 pop r16 
 reti 
 
mov_emerge_ev:     ;submarino emerge 
 
 EMERGE 
 rcall delay_1s 
 pop r16 
 out sreg,r16 
 pop r16 
 reti 
 
;********************************************************************************** 
; REALIZA RETARDO DE UN SEGUNDO APROXIMADAMENTE 
;********************************************************************************** 
 
delay_1s: 
 
 push r16 
 rcall config_timer1 
 
valida_cuenta: 
 
 in r16,TIFR   ;leemos el valor de OCF1A, si vale 1 
entonces quiere decir 
 andi r16,0b00010000  ;que se llego a la cuenta 
 cpi r16,0b00010000 
 breq cuenta_ok 
 rjmp valida_cuenta 
 
cuenta_ok: 
 
 in r16,TIFR 
 ori r16,0b00010000 
 out TIFR,r16 
 
 pop r16 
 ret 
 
;********************************************************************************** 
config_timer1: 
 
 push r16 
 
 clr r16 
 out TCNT1H,r16 
 128 
 
 out TCNT1L,r16 
 
 ldi r16,high(valortope) 
 out OCR1AH,r16 
 ldi r16,low(valortope) 
 out OCR1AL,r16 
 ldi r16,(1<<CS10)|(0<<CS11)|(1<<WGM12) 
 out TCCR1B,r16 
 clr r16 
 out TCCR1A,r16 
 
 
 pop r16 
 ret 
 
;************************************************************