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PROTOTIPO DE INSTALACIÓN ELÉCTRICA RESIDENCIAL
GESTIONABLE PARA INTEGRAR EL USO DE FUENTES DE ENERGIA
RENOVABLE EN COLOMBIA.
PRESENTADO POR:
PAULA ALEJANDRA BAUTISTA AGUILAR
BRIAN NORBERTO DIAZ OSPITIA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
INGENIERÍA ELÉCTRICA
BOGOTÁ D.C
2017
2
PROTOTIPO DE INSTALACIÓN ELÉCTRICA RESIDENCIAL
GESTIONABLE PARA INTEGRAR EL USO DE FUENTES DE ENERGIA
RENOVABLE EN COLOMBIA.
PRESENTADO POR:
PAULA ALEJANDRA BAUTISTA AGUILAR
Código: 20091007025
BRIAN NORBERTO DIAZ OSPITIA
Código: 20082007025
TRABAJO DE GRADO
DIRECTOR:
ALVARO ESPINEL ORTEGA. Ing.MSc.PhD.
CODIRECTOR:
ADRIANA MARACELA VEGA ESCOBAR. Ing.Msc.PhD(c)
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
BOGOTÁ D.C
2017
3
TABLA DE CONTENIDO
TABLA DE CONTENIDO .............................................................................................................. 3
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 10
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN ...................................................... 13
3. OBJETIVOS ....................................................................................................................... 15
3.1. OBJETIVO GENERAL:..................................................................................................... 15
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ............................................................................................. 15
4. MARCO DE REFERENCIA .................................................................................................. 16
4.1. MEDIDORES DE ENERGIA ........................................................................................ 16
4.2. DOMOTICA .............................................................................................................. 18
4.3. MEDICIÒN DE CORRIENTE: ...................................................................................... 19
4.4. FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLE: ........................................................................ 20
5. BASES NORMATIVAS PARA LAS INSTALACIONES RESIDENCIALES .................................. 23
6. HARDWARE ..................................................................................................................... 28
6.1. SISTEMA MAESTRO .................................................................................................. 30
6.2. SISTEMA DE MEDICIÒN ............................................................................................ 31
6.3. SISTEMA DE CONMUTACIÒN: .................................................................................. 41
7. SOFTWARE ...................................................................................................................... 47
7.1 Subsistema de medida .................................................................................................. 50
7.2 Subsistema de control y consulta (PAGINA WEB) ......................................................... 51
8. PRUEBAS DE CALIBRACIÓN ............................................................................................. 61
9. RESULTADOS PRACTICOS ................................................................................................ 67
9.1 PRIMERA PRUEBA ......................................................................................................... 68
9.2 SEGUNDA PRUEBA ........................................................................................................ 72
9.3 TERCERA PRUEBA .......................................................................................................... 75
9.4 CUARTA PRUEBA ........................................................................................................... 79
9.5 QUINTA PRUEBA ........................................................................................................... 82
9.6 SEXTA PRUEBA .............................................................................................................. 84
9.7 Resumen de las pruebas: .............................................................................................. 87
9.8 Análisis de resultados según enfoques: ........................................................................ 89
9.8.1 Enfoque Medio Ambiental ..................................................................................... 89
4
9.8.2 Enfoque Económico ............................................................................................... 90
9.8.3 Ahorro energético .................................................................................................. 97
9.8.4 Enfoque Social ........................................................................................................ 98
9.8.5 Enfoque Energético ................................................................................................ 99
10. LIMITACIONES ........................................................................................................... 101
11. PROYECCION Y TRABAJOS FUTUROS ........................................................................ 102
11.1 Proyección Futura ..................................................................................................... 102
11.2 Trabajos Futuros ....................................................................................................... 104
12. CONCLUSIONES ......................................................................................................... 106
13. REFERENCIAS: ........................................................................................................... 109
14. ANEXOS ..................................................................................................................... 112
5
LISTADO DE FIGURAS
Figura 1 Participación Porcentual por agente en el consumo de energía Eléctrica [1] ........... 10 Figura 2 Variación Anual Colombia Precio Energía Vs Inflación [1] ................................... 11 Figura 3 Prototipo de instalación eléctrica gestionable ........................................................... 12 Figura 4 Topología estática de una instalación eléctrica residencial ..................................... 13 Figura 5. Relación de las curvas de carga diarias para diferentes años. Fuente [4] ............... 13 Figura 6 Carátula de un medidor electromecánico. [6] ........................................................... 16 Figura 7 Partes constitutivas de un galvanómetro [13] ........................................................... 19 Figura 8 Micro amperímetro comercial utilizado para medir corriente alterna [13] ............... 19 Figura 9 Diagrama unifilar Prototipo de instalación eléctrica Gestionable ........................... 29 Figura 10 Tiempos de escritura serial ADE7763 [32] ............................................................ 32 Figura 11 Tiempos de lectura serial ADE7762 [32] ............................................................... 32 Figura 12 Comportamiento de la comunicación SPI por defecto de la librería de Arduino® 33 Figura 13. Modo 0 SPI, [33] ................................................................................................... 33 Figura 14. Modo 1 SPI, [33] ................................................................................................... 34 Figura 15 Registros por defecto del ADE7763 [32] ............................................................... 34 Figura 16 Resultados del protocolo de pruebas de la comunicación SPI ................................ 36 Figura 17. Ganancia ADE7763, [32] ...................................................................................... 36 Figura 18 Circuito implementado, [32] ................................................................................... 37 Figura 19 Circuito del sensor ACS714, [34] ........................................................................... 38 Figura 20 Grafica del comportamiento de la tensión de salida contra la corriente censada. [34]
................................................................................................................................................ 38 Figura 21 Circuito de entrada para el ADE7763 con el sensor de corriente ACS714 ............ 38 Figura 22. Circuito de entrada al canal 2 (Tensión) Pines 6 y 7 ADE7763 ........................... 39 Figura 23 Integración en el módulo ADE7763 [32]. .............................................................. 40 Figura 24 configuración interna Integrado 74LS04 [35] ........................................................ 42 Figura 25 Esquema de conexión total del sistema .................................................................. 45 Figura 26 Montaje físico de la instalación ............................................................................. 46 Figura 27 Montaje físico de los medidores ............................................................................ 46 Figura 28 Diagrama UML Software ....................................................................................... 47 Figura 29 Variables necesarias dentro del software ................................................................ 47 Figura 30 Diagrama de actividades general ............................................................................ 48 Figura 31 Diagrama de despliegue.......................................................................................... 49 Figura 32 Diagrama de actividades para subsistema de medida ............................................ 50 Figura 33 Tablas para almacenamiento de usuarios y variables eléctricas en la base de datos
................................................................................................................................................ 52 Figura 34 Tabla de usuarios y contraseña ............................................................................... 52 Figura 35 Tabla de Variables Eléctricas ................................................................................. 53 Figura 36 Página de recopilación de usuario y contraseña .................................................... 55 Figura 37 Página inicial de presentación ................................................................................ 56 Figura 38 Página de Parámetros Eléctricos ............................................................................ 57 Figura 39 Página de control de la instalación ......................................................................... 59 Figura 40 Página Gráfico de Consumo ................................................................................... 59
6
Figura 41 Pagina Créditos ....................................................................................................... 60 Figura 42 Inversor de 300[W] onda modificada a 12 [Vdc] 110 [Vac] Figura 43 Batería de 18
[A*h] a 12[V]. ......................................................................................................................... 68 Figura 44 Medición de la prueba 1 desde la interfaz WEB ................................................... 68 Figura 45 Medición de la prueba 2 desde la interfaz WEB .................................................... 72 Figura 46 Medición de la prueba tres desde la interfaz WEB ................................................. 76 Figura 47 Medición de la prueba cuatro desde la interfaz WEB ............................................ 79 Figura 48 Medición de la prueba cinco desde la interfaz WEB .............................................. 82 Figura 49 Medición de consumo de la prueba seis desde la interfaz WEB ............................ 85 Figura 50 Proyección circuito medidor ADE7763 3x3cm ..................................................... 93 Figura 51 .Especificaciones alimentación ADE7763 [32] .................................................... 112 Figura 52 .Especificaciones de comunicación ADE7763 [32] ............................................. 112
7
LISTADO DE GRAFICAS
Gráfica 1 Valores del registro de tensión del ADE comparado con la tensión del variac leída
con el PQA .............................................................................................................................. 62 Gráfica 2 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número uno ....................... 70 Gráfica 3 Distorsiones armónicas para la prueba uno ............................................................ 71 Gráfica 4 Prueba de consumo energía .................................................................................... 73 Gráfica 5 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número dos. ...................... 73 Gráfica 6 Distorsiones armónicas para la prueba dos ............................................................ 75 Gráfica 7 Consumo energía prueba tres ................................................................................. 76 Gráfica 8 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número tres. ...................... 78 Gráfica 9 Distorsiones armónicas para la prueba tres ............................................................ 79 Gráfica 10 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número cuatro. ................ 80 Gráfica 11 Distorsiones armónicas para la prueba cuatro ...................................................... 81 Gráfica 12 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número cinco. ................. 83 Gráfica 13 Distorsiones armónicas para la prueba cinco ....................................................... 84 Gráfica 14 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número seis. .................... 86 Gráfica 15 Distorsiones armónicas para la prueba seis .......................................................... 87 Gráfica 16 Consumo energía para las pruebas tres, cuatro, cinco y seis ................................ 97 Gráfica 17 Tiempos de respuesta prueba cinco (5) ............................................................. 100 Gráfica 18 Tiempo de respuesta prueba seis (6) ................................................................. 100 Gráfica 19 Valores del registro de tensión del ADE comparado con la tensión del variac
leída con el PQA .................................................................................................................. 113 Gráfica 20 Valores del registro de corriente del ADE comparado con la corriente
suministrada a la carga leída con el multímetro de precisión .............................................. 113 Gráfica 21Valores del registro de corriente del ADE comparado con la corriente
suministrada a la carga leída con el PQA ............................................................................. 114 Gráfica 22 Valores del registro de tensión del segundo ADE implementado comparado con
la tensión del variac leída con el multímetro de precisión para la fuente renovable ............. 114 Gráfica 23 Valores del registro de tensión del segundo ADE implementado comparado con
la tensión del variac leída con el PQA para la fuente renovable ........................................... 115 Gráfica 24 Valores del registro de corriente del segundo ADE implementado comparado con
la corriente suministrada a la carga leída con el multímetro de precisión para la fuente
renovable ............................................................................................................................... 115 Gráfica 25 Valores del registro de corriente del segundo ADE implementado comparado con
la corriente suministrada a la carga leída con el PQA para la fuente renovable ................... 116
8
LISTADO DE TABLAS
Tabla 1 Referencias de ADE enfocadas al monitoreo de variables eléctricas [9] ................... 18 Tabla 2. Comparación sensores de corriente .......................................................................... 20 Tabla 3 Artículos a tener en cuenta RETIE [18] .................................................................... 24 Tabla 4 Artículos a tener en cuenta NTC2050 [19] ................................................................ 25 Tabla 5 Artículos a tener en cuenta Ley 1715 de 2014 [2] ..................................................... 27 Tabla 6 Cuadro Comparativo Relés De Estado Solido Frente A Relés Electromecánicos ..... 44 Tabla 7 Resultados obtenidos a partir de una serie de mediciones ........................................ 61 Tabla 8 Ecuaciones de calibración de tensión para el ADE de la red de distribución de energía
eléctrica ................................................................................................................................... 62 Tabla 9 Ecuaciones de calibración de Corriente para el ADE de la red de distribución de
energía eléctrica ...................................................................................................................... 62 Tabla 10 Porcentajes de error de la medida de tensión [V] obtenida del integrado ADE7763
contra los equipos de medida utilizados como referencia. ...................................................... 63 Tabla 11 Porcentajes de error de la medida de corriente [A] obtenida del integrado ADE7763
contra los equipos de medida utilizados como referencia. ...................................................... 64 Tabla 12 Resultados obtenidos a partir de una serie de mediciones para el segundo integrado
utilizado .................................................................................................................................. 64 Tabla 13 Ecuaciones de calibración de tensión y corriente para el ADE de la fuente no
convencional ........................................................................................................................... 64 Tabla 14 Porcentajes de error de la medida de tensión [V] obtenida del segundo integrado
ADE7763 contra los equipos de medida utilizados como referencia...................................... 65 Tabla 15 Porcentajes de error de la medida de corriente [A] obtenida del segundo integrado
ADE7763 contra los equipos de medida utilizados como referencia...................................... 66 Tabla 16 Constante de calibración para conteo de energía ..................................................... 66 Tabla 17 Cargas implementadas en las pruebas ...................................................................... 67 Tabla 18 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
uno .......................................................................................................................................... 71 Tabla 19 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
dos ........................................................................................................................................... 75 Tabla 20 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
tres ........................................................................................................................................... 78 Tabla 21 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
cuatro ...................................................................................................................................... 81 Tabla 22 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
cinco ........................................................................................................................................ 83 Tabla 23 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
seis .......................................................................................................................................... 87 Tabla 24 Tabla resumen de las pruebas .................................................................................. 89 Tabla 25 Costos promedio de las instalaciones eléctricas actuales. (Precios a octubre de 2016)
................................................................................................................................................ 90 Tabla 26 Presupuesto (Precios a octubre de 2016) ................................................................. 92 Tabla 27 Costos circuitos impresos (Precios a octubre de 2016). ........................................... 93
9
Tabla 28 Costos anexos para la instalación del prototipo ....................................................... 94 Tabla 29 Costo total proyectado sin incluir mano de obra ...................................................... 94 Tabla 30 Beneficio Costo ........................................................................................................ 95 Tabla 31 Incentivos para el uso de fuentes de energia renovable ley 1715 [2] ....................... 96 Tabla 32 Posibles fallas del sistema ....................................................................................... 98 Tabla 33 Proyección de uso del prototipo en hogares [1] ..................................................... 104
10
1. INTRODUCCIÓN
A continuación, se presenta la descripción detallada del proyecto titulado:
“PROTOTIPO DE INSTALACIÓN ELÉCTRICA GESTIONABLE PARA
FACILITAR EL USO DE FUENTES DE ENERGIA RENOVABLE EN
COLOMBIA” el cual fue desarrollado para acceder al título de ingeniero Eléctrico en
la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.
Dentro del mercado energético en Colombia uno de los aspectos de mayor relevancia
para los usuarios es el comportamiento del precio del servicio; considerando
claramente las variaciones frente a su consumo que se ven directamente relacionados
con los cambios que el precio presente.
De acuerdo a la UPME (Unidad de Planeación Minero Energética) la mayor parte del
consumo de energía eléctrica durante la última década provino del sector residencial;
ya que este pasó de representar el 35% del consumo total de energía en el año 2003, a
ser del 42% a finales del año 2014 como se observa en la Figura 1.
Figura 1 Participación Porcentual por agente en el consumo de energía Eléctrica [1]
Así mismo, la disminución de la oferta de energía eléctrica por parte de algunos
generadores, asociada a la reducción de las fuentes hídricas por el fenómeno del niño,
llevó al incremento en los precios de la electricidad, con mayor intensificación en el
sector no regulado, que alcanzó el 21,4% a marzo 2016 como se observa en la Figura
2. Además, en cuanto a los precios de electricidad para el sector regulado donde se
encuentra el nivel residencial en Colombia, el incremento fue de 8,3% superior a la
inflación de precios al consumidor, que fue 8% también para el mes de marzo de2016.
11
Figura 2 Variación Anual Colombia Precio Energía Vs Inflación
[1]
A partir del escenario mencionado, donde el sector residencial corresponde a un 42%
dentro del ámbito energético en Colombia y los precios de la energía en aumento, se
puede hablar sobre las soluciones e iniciativas que han venido surgiendo a lo largo de
los últimos años, tanto a nivel nacional como internacional, con el fin de minimizar el
consumo de energía eléctrica en los diferentes sectores, en este caso particular el sector
residencial. Esto se atribuye directamente al desarrollo de las energías no
convencionales o energías renovables y a su incorporación dentro del ámbito
residencial en Colombia; por lo cual se ha propuesto un proyecto de investigación
orientado a incentivar el uso de dichas fuentes no convencionales de energía renovable
(FNCER según ley 1715 de 2014 [2]) a partir de la implementación de una instalación
eléctrica de topología variable, la cual será capaz de generar un constante monitoreo de
las variables eléctricas (tensión, corriente, energía) ejerciendo una acción sobre la
alimentación de las cargas.
Esto quiere decir que en el sistema se podrá elegir la fuente de alimentación eléctrica
de los circuitos de la instalación. Para esto se desarrolló un prototipo de instalación
conformada por un hardware y un software, que permite el monitoreo de las variables
eléctricas, además de facilitar el uso de la fuente de energía no convencional trabajando
en conjunto con la red de distribución de energía eléctrica y el software será capaz de
realizar acciones en cuanto a la fuente que alimentará la carga asociada a los circuitos
dependiendo de las variables y las condiciones dentro de la instalación como se observa
en la Figura 3. Cabe agregar que la fuente no convencional a usar no será objeto de
desarrollo por parte del proyecto, por lo que esta elección queda abierta al usuario que
tenga la posibilidad de instalar el prototipo. Algunos avances del sistema de medición
fueron publicados en el artículo escrito por los autores con título “Prototipo de un
sistema de medida para una instalación eléctrica residencial de topología variable”
[3] el cual se encuentra en el ANEXO 3.
12
Figura 3 Prototipo de instalación eléctrica gestionable [Autores]
El documento consta de 12 capítulos (sin incluir referencias y anexos) en donde está el
proceso que se realizó en cuanto al diseño y desarrollo del prototipo, iniciando con los
primeros tres (3) capítulos que se basan específicamente en el por qué se decidió
realizar este proyecto y cuáles son los objetivos principales para tener en cuenta en el
desarrollo del mismo. Desde el capítulo 4, se presenta una breve descripción conceptual
de los temas incorporados en la investigación. En el capítulo 5 se ven las normas a tener
en cuenta con la implementación del prototipo dentro de una instalación eléctrica
residencial, además de incorporar si es necesario nuevas propuestas a la normatividad
vigente. Los capítulos 6 y 7 muestran lo concerniente al hardware y software del
prototipo implementado. El capítulo 8 contiene las pruebas de calibración de los
medidores, el capítulo 9 contiene los resultados prácticos obtenidos en distintos
escenarios con la implementación del prototipo dentro de una instalación eléctrica
residencial, además de un análisis de los mismos según diferentes enfoques. En los
capítulos 10 y 11 se observan las limitaciones y proyecciones futuras determinadas por
el uso del prototipo, y por último en el capítulo 12 se encuentran las conclusiones del
desarrollo del proyecto.
13
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN
Dentro de las instalaciones eléctricas en Colombia realizadas a nivel residencial se
maneja una topología estática (Figura 4) que impide que ni el usuario sea capaz de
interactuar con ellas, ni ellas mismas sean capaces de solventar problemas de gestión
sobre su configuración. Por ejemplo, si hay una falla en la red y el usuario no posee
energía dentro de su instalación, esto detendría sus actividades cotidianas, sin la
posibilidad de encontrar alguna solución inmediata para proseguir con ellas.
Figura 4 Topología estática de una instalación eléctrica residencial [Autores]
Algunos de los problemas frente al consumo energético son atribuidos en su mayoría a
los usuarios residenciales, ya que dentro de algunas horas del día la demanda de energía
eléctrica tiende a aumentar a niveles considerables, generando elevaciones (picos), que
bien se representan en la curva de demanda diaria nacional (Figura 5). Esto se ve ligado
a un desperdicio en la capacidad instalada de algunas plantas generadoras (plantas de
respaldo), que son usadas frecuentemente solo para solventar la demanda en esas horas.
Figura 5. Relación de las curvas de carga diarias para diferentes años. Fuente [4]
14
El uso de las fuentes no convencionales de energía renovable (FNCER según la ley
1715) ha permitido generar un avance significativo en el área de la gestión eficiente de
la energía, así como lo menciona la ley 1715 expedida en mayo del 2014 [2]. A partir
de esto nace la posibilidad de usar dichas fuentes como generadores alternativos que
suplan la demanda de ciertas cargas comunes dentro de una instalación residencial,
generando un cambio dentro de la demanda solicitada y contribuyendo así al
aplanamiento de la curva de demanda diaria, para lo cual sería de importancia el
desarrollar e implementar nuevas bases y requerimientos para que las instalaciones
formen parte de un nuevo modelo de mercado. Si se proyectara hacia el futuro dicho
mercado en el país, se puede llegar a un cambio frente al consumo, ya que el usuario
se verá directamente obligado a bajar su demanda o cambiar sus hábitos diarios, para
que el costo de la energía no sobrepase su presupuesto. Todo esto gracias al cobro del
kilovatio-hora (kW*h) según el periodo de tiempo, así como ya se encuentra
implementado en España [5] donde a ciertas horas del día la energía tiene un precio
bajo y un precio alto en otras. Esto es de vital importancia para el usuario que tiene la
posibilidad de usar una fuente de respaldo como para el que no, tener la capacidad de
almacenamiento y entrega de energía para su demanda, según los aspectos económicos,
donde una topología dinámica y gestionable le abriría varias posibilidades de
administración sobre la energía consumida.
Siendo este proyecto directamente relacionado con la promoción y desarrollo de la ley
1715, frente a la gestión eficiente de la energía eléctrica y el uso de fuentes de energía
no convencionales, especialmente las de carácter renovable en Colombia. Se quiere
aportar aspectos técnicos y económicos basados en la incorporación de instalaciones
eléctricas residenciales gestionables, que permitan no solo a un usuario realizar
acciones directas (manuales), sino también realizar procesos automáticos para mejorar
la eficiencia energética fundamentados en la gestión de la instalación eléctrica,
tomando decisiones para establecer los mejores puntos de operación, justificando el
uso de FNCER o dispositivos de almacenamiento de energía (baterías) y el sistema
interconectado; con el objetivo de ampliar el desarrollo tecnológico frente a la gestión
y/o administración de la demanda estipulada por los usuarios dentro de una instalación,
de conformidad con lo establecido en la Ley.
En este sentido, este proyecto de investigación plantea la siguiente pregunta:
¿Qué herramientas podrían facilitar el uso de fuentes de energía renovable en
usuarios regulados y no regulados que mejoren la gestión eficiente de la energía
dentro de los lineamientos estipulados en la ley 1715 de 2014 de la República de
Colombia?
15
3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL:
Implementar un prototipo de instalación eléctrica de topología variable utilizando
dispositivos de estado sólido y/o electromecánicos, con el fin de incorporar fuentes de
energía renovable y mejorar la gestión eficiente de la energía en usuarios regulados
dentro de los lineamientos estipulados en la ley 1715 de 2014 de la República de
Colombia.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Analizar las normas vigentes para proponer una instalación eléctrica
residencial de topología variable que integre fuentes renovables en usuarios
regulados del sistema eléctrico nacional.
2. Construir el hardware del prototipo de instalación eléctrica residencial de
topología variable, incorporando dispositivos de protección, medición y
control.
3. Desarrollar el software para la medición y control en la instalación eléctrica,
con el fin de poder realizar toma de decisiones (automáticas o manuales)
proyectadas a mejorar la gestión de la energía.
4. Evaluar el prototipo de manera que se verifique el desempeño del mismo
para diferentes condiciones de operación.
16
4. MARCO DE REFERENCIA
4.1. MEDIDORES DE ENERGIA
Para determinar el consumo de energía eléctrica por la instalación eléctrica de un
usuario es necesario contar con un dispositivo que registre ese consumo, tarea que
realizan los medidores eléctricos. Existen varios tipos de medidores eléctricos los
cuales se divide en dos grupos: analógicos y digitales.
El primer grupo está comprendido por los medidores analógicos los cuales se conocen
como dispositivos electromecánicos que registran y muestran el consumo de energía
eléctrica por hora, medido en kWh (kilo vatio hora) en un “display” pantalla que se
encuentra localizada en el frente del medidor en donde hay un contador
electromecánico que va aumentando el valor de la cantidad de energía dependiendo del
consumo de la misma por hora. Un ejemplo de este medidor se muestra en la Figura 6
en la cual está la foto de un medidor electromecánico de marca ELSTER.
El segundo grupo está compuesto por los medidores digitales de estado sólido (sin
partes mecánicas móviles) que realizan la misma función que un medidor
electromecánico pero que poseen todas las ventajas de un sistema digital como lo es la
exactitud, fácil reproducción y estabilidad, entre otras. [5]
Figura 6 Carátula de un medidor electromecánico. [6]
Para medir energía se necesita saber cuál es la potencia consumida en un intervalo de
tiempo, el parámetro de potencia no se puede tener directamente si no que se saca de
la operación entre otros dos parámetros por medio de medidas indirectas. Es por eso
que se necesita censar dos magnitudes: tensión y corriente en una línea de suministro,
para después poder procesar dichas variables por un procesador o microcontrolador
que se encarga de hacer los cálculos correspondientes al consumo, el cual se muestra
en un dispositivo de visualización digital.
17
Además de las ventajas mencionadas, un sistema de tipo digital ofrece una enorme
flexibilidad ya que no solo puede registrar y mostrar el consumo, sino también puede
registrar y visualizar información adicional como la tensión, la corriente, la potencia
aparente, la potencia activa y la potencia reactiva por mencionar algunos parámetros
que pueden ser calculados, además de la capacidad de comunicaciones vía telefónica,
infrarroja o celular. [7] [8]
Dentro del desarrollo emergente de las tecnologías, la empresa Analog Device [9] ha
presentado varios dispositivos capaces de estructurar las variables eléctricas y generar
un consumo en [kW*h] el cual puede visualizarse en diferentes tipos de interfaces.
Cabe aclarar que esta no es la única empresa enfocada en esto, pero como para la
implementación del medidor dentro del prototipo en desarrollo se trabajó con una
referencia de ADE, se mostrará un breve resumen en la Tabla 1 de algunos dispositivos
creados y avalados por esta empresa para poder hacer la respectiva comparación de
acuerdo a diferentes factores como son: características, la cantidad de información que
se encuentra de cada uno, el precio, y demás factores que se consideraron importantes
para escoger finalmente el ADE 7763.
REFERENCIA
ADE CARACTERISTICAS Y BENEFICIOS
ADE 7753
*Alta precisión; apoya IEC 62053-21 e IEC 60687/61036/61268 / 62053-22 /
62053-23*En el chip integrador digital hace posible interfaz directa con
sensores de corriente con salida de di / dt.
*Un PGA en el canal actual permite interfaz directa con derivaciones y
transformadores de corriente.
*Energía activa, reactiva y aparente; muestreada de forma de onda; rms de
corriente y tensión.
*Error de menos de 0,1% en la medición de energía activa a través de una
gama dinámica de 1000-1 a 25 ° C.
*El modo de sólo positiva acumulación de energía disponible.
*Usuario en el chip umbral programable para el aumento de la tensión de línea
y el SAG y de supervisión PSU.
*Calibración digital para la energía, la fase y offset de entrada.
*Interfaz de serie compatibles SPI®.
ADE 7758
*Alta precisión; apoya IEC 60687, IEC 61036, IEC 61268, IEC 62053-21,
IEC 62053-22, 62053-23 e IEC.
*Compatible con 3 fases / 3 hilos, 3 fases / 4 hilos, y otros servicios de 3 fases
*Error de energía activa a menos de 0,1% en un rango dinámico de 1000-1 a
25 ° C.
*Suministros / / energía activa reactiva aparente, del margen de tensión,
corriente eficaz, y datos de forma de onda muestreados.
*Dos salidas de impulsos, uno para la potencia activa y la otra seleccionables
entre la potencia reactiva y aparente con frecuencia programable.
*Poder, calibración digital de fase, y rms desplazamiento.
*En el chip, umbrales programables por el usuario para SAG tensión de la
línea y las detecciones de sobretensión.
18
ADE7768
*Supera IEC61036 / 60687.
*Menos del 0,1% de error Energía Activa Durante rango dinámico de 500: 1
*Medición de energía activa.
*Interfaz de sensor de corriente para transformadores o derivaciones actuales.
*De baja potencia (20 mW típico).
*Indicación de potencia inversa (REVP).
ADE 7763
*Alta precisión; apoya IEC 61036/60687, IEC62053-21, y IEC62053-22.
*En el chip integrador digital hace posibles sensores directos de interfaz a la
corriente de salida con di / dt.
*Un PGA en el canal actual permite interfaz directa con derivaciones y
transformadores de corriente.
*Energía activa y aparente, forma de onda muestreada, y el valor eficaz de
corriente y tensión.
*Error de menos de 0,1% en la medición de energía activa a través de una
gama dinámica de 1000-1 a 25 ° C.
*El modo de sólo acumulación de energía positiva disponible.
*Usuario en el chip umbral programable para el aumento de la tensión de línea
y el SAG y de supervisión PSU.
*calibración digital para la energía, la fase y offset de entrada.
*Interfaz en serie compatible con SPI®.
Tabla 1 Referencias de ADE enfocadas al monitoreo de variables eléctricas [9]
4.2. DOMOTICA
La domótica es conocida de manera simplificada como el conjunto de técnicas
orientadas a automatizar una vivienda, que integran la tecnología en los sistemas de
seguridad, gestión energética, bienestar o comunicaciones, y el avance de la misma
depende exclusivamente de las necesidades y deseos de las personas en sus empresas
y sus hogares, como también la situación del país y la posibilidad de desarrollo que
este tiene, dando a lugar el hecho de que dicho desarrollo será directamente
proporcional al avance tecnológico que el mismo tenga en el momento. Es por esto que
la necesidad que existe en Colombia de implementar el desarrollo de software
domótico y regularizar el sector, ya que existe muy poco desarrollo sobre este tema
además que no existen empresas que regulen a quienes implementen creaciones e
investigaciones del tema [10].
En los últimos años, el avance de las telecomunicaciones a través de internet ha
permitido hablar de integración a nivel de redes IP (Internet Protocol). Numerosas
redes funcionan con éxito y han sido fundamentales para las diversas áreas en la medida
en que la automatización de los datos permite a investigadores y profesionales tener
una visión más amplia de la producción en los más variados sectores. Desde hace
mucho tiempo el control a distancia viene desarrollándose gracias a la innovación
tecnológica con que se cuenta hoy en día y con ello se van haciendo tangibles cada vez
más entornos de interacción humana basados en sistemas de telecomunicaciones y
control. Debido a este desarrollo tecnológico que se presenta, se produce el solo hecho
19
de pensar en controlar remotamente dispositivos, ya sea desde internet, con la voz
humana, con el teclado de un teléfono celular o un teléfono normal, con una Palm o
una Pocket PC, o con una computadora personal y con una infinidad de dispositivos
que existen en nuestro diario vivir. [11] [12].
4.3.MEDICIÒN DE CORRIENTE:
Para medir el consumo de energía de la instalación eléctrica de un usuario residencial
es indispensable obtener el parámetro de corriente. Para medir intensidad, hay diversos
elementos, entre los cuales se destacan los siguientes presentados en la Tabla 2.
TIPO DE MEDIDOR DE
CORRIENTE CARACTERISTICAS
1) Galvanómetro:
Figura 7 Partes constitutivas de un
galvanómetro [13]
El galvanómetro es un instrumento de medida
utilizado para la detección de corriente continua. Se
basa en el principio de electroimán, es decir, entre
la interacción entre la corriente eléctrica y un
elemento de polaridad magnética constante. [13]
Estos aparatos fueron diseñados específicamente
para poder medir corrientes pequeñas con bastante
exactitud; para poder realizar mediciones de
corriente de un rango mayor se requiere añadir un
elemento de elevada resistencia entre los terminales
del galvanómetro, para así medir una corriente
equivalente en sus terminales. [13]
2) Microamperimetro:
Figura 8 Micro amperímetro comercial
utilizado para medir corriente alterna [13]
Es un instrumento de medición de corriente,
calibrado para medir rangos comprendidos en la
millonésima parte de un amperio Son equipos
destinados a la medición de corrientes muy
pequeñas, fuera del rango de medición obtenido por
los galvanómetros. [11]
3) Electrodinamómetro: Un electrodinamómetro es una variación de un
galvanómetro, pues funciona bajo el mismo
principio de par electromagnético, pero con la
diferencia de que posee una exactitud mucho
mayor, y que es capaz de medir corriente alterna.
Este dispositivo se constituye de un par de bobinas
fijas en serie con la bobina móvil, esta conexión
permite que el flujo de corriente que se realiza en
cualquier sentido, mueva a la aguja en la misma
20
dirección (Lo que no ocurre en el galvanómetro),
permitiendo medir corrientes alternas. [11]
4) Medidores de aleta de hierro: Es un tipo de medidor de corriente conformado por
dos aletas de hierro dulce, las cuales
constructivamente se ubican como una fija y otra
móvil. Cuando una corriente pasa por los
terminales del equipo, la corriente induce un campo
magnético entre ambas aletas, provocando un par
que hace girar a la bobina móvil. [11]
Tabla 2. Comparación sensores de corriente
4.3COMUNICACIÒN POR PLC:
La comunicación por PLC (Power Line communication por sus siglas en inglés), se
refiere a la transmisión de datos de alta velocidad por las líneas existentes de potencia.
Esta solución se aplica en centros urbanos densos, donde construir una nueva
infraestructura de red puede significar costos muy elevados o molestias a los usuarios
del sector. El principal problema de este tipo de red es que está directamente ligada a
las fallas que puedan ocurrir en la red de distribución, por lo que la empresa
distribuidora debe mantener sus redes completamente funcionales para evitar
inconvenientes de transmisión de datos [13].
4.4.FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLE:
El proyecto está orientado a incentivar el uso de fuentes de energía no convencionales,
especialmente las de carácter renovable. Las fuentes de energía que se consideran
renovables son aquellas que, tras ser utilizadas se pueden regenerar de manera natural
o artificial. Estas fuentes de energía son consideradas limpias y por lo tanto contribuyen
a cuidar el medio ambiente, frente a los efectos contaminantes y el agotamiento de los
combustibles fósiles, lo que es de vital importancia considerando la situación actual del
planeta en el que cualquier esfuerzo por preservar los recursos es valioso [14].
Estas energías son consideradas ya una alternativa importante que presentan una serie
de ventajas sustanciales respecto a los combustibles fósiles, a fin de que son fuentes de
energía que siempre están presentes y que sobrevivirán a la explotación de otro tipo de
combustibles. La mayoría de estas energías no necesitan de una combustión, tal y como
sucede en las refinerías o en plantas industriales que usan energías no renovables [14].
En estos momentos se pueden considerar innumerables las ventajas que proveen las
fuentes de energía renovable ya que cuando se habla de medio ambiente todo parece
ser un efecto domino, sea para bien o para mal. En este caso estas fuentes contribuyen
a detener el avance del efecto invernadero, para disminuir el grado de contaminación
del aire, las emisiones contaminantes y efectos meteorológicos como la lluvia acida,
21
entre otras muchas ventajas que se pueden considerar haciendo un estudio como se
mencionó de efecto domino en el que esto puede contribuir a más beneficios[14].
Muchas de estas energías, como la energía solar, permiten el autoabastecimiento a
través de la instalación de sencillas infraestructuras; de ahí que las eléctricas y
petroleras tradicionales luchen para evitar el desarrollo de este tipo de energía que
podrían permitir a las personas ser autosuficientes y prescindir de los servicios de estas
compañías. Por ultimo cabe destacar que las energías renovables son cada vez más
necesarias en un mundo donde el desarrollo sostenido y sostenible es cada vez más
importante. Esto redunda en la existencia de cada vez más puestos de trabajo
especializados relacionados con estas formas relativamente nuevas de obtener energía
[14].
Hasta el momento todo lo anteriormente mencionado ha sido bueno con respecto a
estas fuentes de energía, pero aun así es muy escasa la implementación de las mismas
por todo el mundo, pese a que varios países han hecho grandes esfuerzos por incentivar
el uso de las mismas. Pero según estudios que se han realizado hoy en día el porcentaje
de energías renovables sobre el total de energía producida en el planeta llega a tan solo
el 3% [14].
Progreso de las energías renovables en Colombia y Latinoamérica
La situación actual en Colombia y Latinoamérica, no es muy diferente al del resto del
mundo, ya que el crecimiento y desarrollo de las fuentes de energía renovable no es
muy alentador ni significativo.
El hecho de que en los últimos tiempos la situación energética del país no sea la mejor
ha hecho que se empiecen a mirar diferentes opciones haciendo que las energías
renovables recobren importancia y trascendencia. El banco Iberoamericano de
Desarrollo (BID) indicó que, la demanda de energía para el año 2040 será
aproximadamente 80% más alta que la actual en la región latinoamericana [15].
Un estudio realizado por BID revelo que Latinoamérica es una de las regiones con
mayor potencial para la inversión de energía renovable y tendencias sostenibles,
poniendo en los primeros lugares a Brasil, Chile y Colombia, situándolos como los
países latinoamericanos con el mayor crecimiento de producción de energía renovable
por medio de los modelos de PPA (Power Purchase Agreement), los cuales permiten
que las empresas puedan comprar electricidad directamente a pequeños generadores
por medio de contratos de largo plazo, poniendo como iniciativa las pequeñas centrales
hidroeléctricas.
El principal objetivo con los acuerdos de compra de energía, son el desarrollo de
proyectos verdes y sostenibles, creando beneficios medioambientales y reducción de
costos para los productores de la misma. [15]
22
Energías renovables en Colombia
En Colombia las energías renovables no han tenido un avance significativo a excepción
de la hidráulica, aunque como se había mencionado antes la situación del planeta no es
la mejor hablando de temas medio ambientales. Es por esto que gracias a la ley 1715
[2] y a diversas campañas se está empezando a impulsar las fuentes de energías
renovable, esperando que el desarrollo de las mismas en nuestro país crezca tanto por
inversiones locales como a través de inversión extranjera.
El uso de fuentes de energía renovable se ha vuelto una de las tendencias de mayor
crecimiento en los negocios a nivel mundial. Sin embargo, en Colombia tiene que haber
un mejor avance en cuanto al desarrollo, regulación y fomento a la inversión para
considerarse un mercado energéticamente sostenible.
“Se estima que la generación de energías renovables por medio de pequeñas centrales
hidroeléctricas en Colombia, representa aproximadamente unos US$2,500 millones en
ahorros al sistema únicamente con los proyectos existentes, principalmente, por el
hecho de desplazar la generación de termoeléctricas y sus altos costos de combustibles
hidrocarburos”, afirmó el vicepresidente de HBI Banca de Inversión, Daniel Petrie.
[15]
Algunos de los proyectos que se están teniendo en cuenta en Colombia podrían ampliar
la red de servicio de suministro de energía de las empresas que entregan energía al
territorio nacional que no está conectado a la red eléctrica nacional, intentando lograr
además que se reduzcan las emisiones de gases de efecto invernadero sustancialmente.
“La operación es uno de los mecanismos innovadores de financiación público-privada
mediante el cual el BID viene impulsando la inversión privada en energía renovable”
anunció el BID. [15] [16]
23
5. BASES NORMATIVAS PARA LAS INSTALACIONES RESIDENCIALES
Dentro de la información más sobresaliente o a tener en cuenta de las instalaciones
eléctricas de tipo residencial se encuentra la normatividad que permite realizar un
diseño e implementación cumpliendo con diferentes objetivos entre los cuales el más
importante es el bienestar de las personas quienes usarán dicha instalación.
Las normas son estipuladas por entes superiores que varían según el área de la
instalación, es decir si se orienta hacia la parte de la acometida se tiene un operador de
red con el cual se trabajará bajo sus condiciones. En el caso colombiano
particularmente en Bogotá se tiene a CODENSA [17], quien posee su propia
reglamentación. Ahora bien dentro de la instalación se tiene en cuenta normas como el
RETIE (Reglamento técnico de las instalaciones eléctricas) [18] que se encarga de
garantizar que los elementos usados, los espacios, la señalización, etc, cumplan a
cabalidad ciertas condiciones para asegurar el buen funcionamiento de la instalación,
como también la seguridad e integridad de los usuarios. El RETIE [18] por su parte es
un aglomerado de normas distintas ya sean nacionales como internacionales como lo
es la NTC (Código Eléctrico Colombiano) [19], la IEEE (Institute of Electrical and
Electronics Engineers) o la IEC (International Electrotechnical Commission), entre
otras.
Dentro de la instalación existen diferentes temáticas que también poseen su propia
normatividad asociada, como por ejemplo el RETILAP [20] enfocado directamente a
la iluminación o la IEEE-80 enfocado a los sistemas de puesta a tierra. A continuación,
se expondrán las principales normas Colombianas a tener en cuenta como base
normativa al momento de la inclusión del prototipo desarrollado como una instalación
eléctrica residencial.
RETIE (Reglamento técnico de las instalaciones eléctricas)
Este reglamento estipula los requerimientos necesarios para que una instalación sea
avalada por entes superiores como una instalación segura y confiable ante las diversas
situaciones que se pueden presentar dentro de ella.
Además de expresar requerimientos sobre la instalación, también detalla requisitos que
deben cumplir los equipos y materiales que se utilizan para la construcción de la misma.
Algunos
Artículos por
tener en cuenta
Relación de los artículos con el prototipo
1. Articulo 13
Distancias de
seguridad
1. Al momento de realizar la instalación de los equipos de medida,
conmutación y control se debe asegurar que se cumpla las distancias de
24
seguridad mencionadas en el artículo para evitar daños futuros dentro de la
instalación y/o a la integridad del usuario.
2. Articulo 20
requerimientos
para los productos
usados.
2. Dentro del prototipo es indispensable asegurar que los elementos como los
conductores usados, tableros, salidas para tomas o luminarias entre otras,
cumplan a cabalidad los requerimientos estipulados en la norma, además del
artículo 20, se puede mencionar al igual el código de colores para los
conductores, calibres adecuados según nivel de corriente por circuito,
diámetros y material de tuberías entre otros aspectos técnicos que son
delimitados inicialmente dentro del diseño preliminar de la instalación, que
dependerá de variables como el número de circuitos a implementar, área total,
número de salidas, si se encuentran áreas a intemperie o no, etc.
3. Articulo 20.16
Equipos de corte y
seccionamiento en
baja tensión
3.Como unos de los elementos importantes dentro de la instalación, en la parte
del hardware se tiene los equipos de conmutación los cuales tienen como
principal objetivo el brindar la posibilidad a la instalación y al usuario de
gestionar la energía según ciertas condiciones y los equipos de protección, por
esto es importante delimitar los requerimientos necesarios para que los equipos
funcionen correctamente según lo que indique la norma, puesto que los
fabricantes del producto deben asegurar distintas normas constructivas y de
funcionamiento como lo es la NTC2050 la IEC60898o elUL489 para el caso
de interruptores automáticos.
4. Tableros
Eléctricos y
celdas.
4. Como caso particular y según propuesta de los diseñadores del prototipo es
recomendable el uso de un tablero específico para el alojamiento de los
equipos de control y medición del prototipo para tener acceso para un
mantenimiento preventivo si es el caso, por lo que se deben cumplir las
normas asociadas a estos, además de proponer una configuración en cuanto a
la posición de los equipos para evitar interrupciones en el uso continuo de la
instalación.
Tabla 3 Artículos a tener en cuenta RETIE [Autores] [18]
El cumplimiento del RETIE es indispensable ya que asegura que la inclusión del
prototipo en una instalación no afecte la seguridad ni la confiabilidad de dicha
instalación para el usuario final de la energía eléctrica, además de ser admitido y
consolidado dentro de la misma normatividad.
NTC2050 (Código Eléctrico Colombiano):
El Código Eléctrico colombiano es la materialización de las necesidades nacionales en
aspectos de seguridad para las instalaciones eléctricas en construcciones, basadas en
parámetros aplicados y validados mundialmente, los cuales garantizan al usuario una
utilización segura y confiable de las instalaciones eléctricas. Por otro lado, propenden
por la racionalización de la energía, obedeciendo a la necesidad imperiosa de preservar
sus fuentes, como uno de los objetivos medioambientales que se deben lograr para
evitar su agotamiento. Tomado de Presentación NTC2050 [19]
25
Algunos
Artículos a tener
en cuenta
Relación de los artículos con el prototipo
1. Alambrado y
protección de la
instalación
eléctrica.
2. Sección 373
Armarios, Cajas
de Corte y
Tableros de
Medidores
Enchufables.
Para los dos primeros ítems (1y 2) al igual que con el RETIE esta norma
muestra con más detalle los conceptos de el alambrado, protección, armarios,
cajas de corte y tableros de medidores los cuales como se mencionó
previamente son indispensables al momento de realizar las derivaciones y
conexiones al sistema de medida y conmutación del prototipo.
3. Sección 480
Baterías De
Acumuladores.
3. Como el prototipo actual está enfocado al uso de fuentes de energía no
convencionales, el uso de acumuladores o baterías es un tema relevante y más
al momento de realizar una toma de decisiones por parte del software del
prototipo que debe estar en constante monitoreo de la misma.
4. Sección 690
Sistemas solares
fotovoltaicos,
4. A pesar de que en el prototipo no se estipule exactamente la fuente de
energía no convencional a usar, es importante conocer todas las
normatividades asociadas a estas.
Nota. Algunas secciones de la NTC ya se consolidan dentro del RETIE.
Tabla 4 Artículos a tener en cuenta NTC2050 [Autores] [19]
Al ser una de las normas principales dentro de los aspectos de las instalaciones
eléctricas residenciales en Colombia, para la instalación del prototipo se deben cumplir
todas las secciones implícitas en el tema que abarca el proyecto.
Ley 1715 de 2014:
Artículo 1. La presente ley tiene por objeto promover el desarrollo y la utilización de
las fuentes no convencionales de energía, principalmente aquellas de carácter
renovable, en el sistema energético nacional, mediante su integración al mercado
eléctrico, su participación en las zonas no interconectadas y en otros usos energéticos
como medio necesario para el desarrollo económico sostenible, la reducción de
emisiones de gases de efecto invernadero y la seguridad del abastecimiento energético.
Con los mismos propósitos se busca promover la gestión eficiente de la energía, que
comprende tanto la eficiencia energética como la respuesta de la demanda. [2]
26
Algunos Artículos a
tener en cuenta Relación de los artículos con el prototipo
1. Artículo 11.
Incentivos A La
Generación De Energías
No Convencionales.
1. Dado que el prototipo tiene como finalidad la inclusión de energías
renovables dentro de la instalación para realizar una gestión eficiente de
la energía eléctrica los incentivos que esta ley propone serán muy
importantes para el usuario al momento de adquirir el producto o
incluso de ser inversionistas en proyectos que manejen estos temas
podrán hasta recibir el 50% de su inversión.
2. Artículo 31. Respuesta
de la demanda.
2. El Ministerio de Minas y Energía delegará a 1a CREG para que
establezca mecanismos regulatorios para incentivar la respuesta de la
demanda con el objeto de desplazar los consumos en períodos punta y
procurar el aplanamiento de la curva de demanda; así corrió también
para responder a requerimientos de confiabilidad establecidos por el
Ministerio de Minas y Energía o por la misma CREG [2], dentro de este
articulo sería posible hacer una mención del prototipo como
herramienta regulatoria la cual pueda ser vinculada a la norma y tenida
en cuenta para recibir los incentivos pertinentes
3. Resolución UPME
281 de 2015 [21]
3. La resolución menciona el límite máximo de potencia de la
autogeneración a pequeña escala, que se estipula en 1MW; por lo que el
usuario contaría con dicha restricción dentro de la instalación del
prototipo y su fuente de energía no convencional, si este tuviera los
recursos necesarios para sobrepasar este límite se convierte en un
autogenerador a gran escala, el cual generara un contrato directamente
con el operador de red y le aplicarían otro tipo de restricciones, cabe a
agregar que el limite a pequeña escala fue generado de análisis técnicos
y económicos que se enfocan en un autogenerador que en el futuro
tendrá la capacidad de vender su energía, ya que estará dentro del
sistema interconectado nacional; el prototipo actual queda abierto a ser
trabajado para el uso en generación distribuida pero en este caso se
debería realizar un análisis para casos particulares en donde el usuario
solo va a administrar su energía localmente y no externamente a su
lugar de residencia.
4.Decreto 2469
ministerio de minas y
energía [22]
4. El decreto 2469 establece que si el usuario llegara a ser tomado como
un autogenerador gran escala se deberá hacer un contrato con la
empresa operadora de red para asegurar términos y condiciones de la
venta y compra de energía sobrante, para el caso de este prototipo el
que se adecuen tarifas que apoyen la inclusión de energías no
convencionales permitiría expandir el prototipo y desarrollarlo para
acceder a la generación distribuida.
27
5.Decreto 2492
ministerio de minas y
energía [23]
5. El decreto 2492 estipula la posibilidad de que el usuario participe en
un mercado mayorista donde la CREG diseñara los mecanismos para
que los usuarios, "voluntariamente, puedan ofertar reducciones o
desconexiones de demanda en el mercado mayorista con el objetivo de
dar confiabilidad al Sistema Interconectado Nacional, respaldar
Obligaciones de Energía Firme, reducir los precios en la Bolsa de
Energía y los costos de restricciones. " tal como lo menciona en el
artículo 3 del presente decreto, además de estipular igualmente “tarifas
horarias y/o canasta de tarifas de forma tal que permitan incentivar
económicamente el uso más eficiente de la infraestructura y la
reducción de costos de prestación del servicio. " bajo la condición de
que "Las tarifas horarias y demás opciones tarifarias solo aplicarán a
los usuarios que cuenten con el equipo de medida necesario para su
implementación". Por lo que el prototipo desarrollado en este trabajo
podría ser postulado como un sistema de medida adecuado para la
inclusión del usuario en los términos y condiciones de la CREG frente
al uso de energías no convencionales en Colombia.
6. Pendientes hasta el día
de hoy Reglamentación
autogeneración a
pequeña escala,
generación distribuida,
eficiencia energética
6. Dejando pendiente la reglamentación de la autogeneración a pequeña
escala que es la que más convendría implementar el prototipo en las
condiciones en la que se encuentra se puede colaborar en dicha
reglamentación con la inclusión del prototipo
Tabla 5 Artículos a tener en cuenta Ley 1715 de 2014 [Autores] [2]
Ya que por ahora es la única ley directamente relacionada con las fuentes de energía
renovable es indispensable conocer cómo sería admitido e implementado dentro de la
normatividad vigente un proyecto que se adecue a los objetivos planteados en los
artículos de la ley 1715, pero cabe agregar que falta gran parte de la reglamentación
para consolidar toda la ley por completo.
28
6. HARDWARE
A continuación, se describe el prototipo de la instalación eléctrica gestionable
compuesto por un sistema de medida, un sistema de conmutación y un sistema maestro.
Además de haber hecho un modelo a pequeña escala de una instalación residencial
convencional de la cual se realizó su respectivo diagrama unifilar, recopilando los
elementos implementados dentro del prototipo de la Figura 9. Adicionalmente, se
desarrolló una aplicación web, que sirve como interfaz para el usuario y permite
realizar labores de gestión y monitoreo.
El sistema es capaz de medir diferentes parámetros (voltaje, corriente y energía)
relacionados con el consumo de energía de electrodomésticos conectados a los
diferentes circuitos de la instalación y a la fuente alternativa, esto con el fin de que el
sistema pueda tomar decisiones frente a cual fuente va a suministrar energía a cada uno
de los circuitos. La información es enviada a través de vía Ethernet, donde el usuario
podrá visualizar los reportes generados entrando a una página web en la cual
consignando su usuario y contraseña, pueda ver en tiempo real los parámetros de
tensión corriente y consumo de energía hasta el instante en que se vuelva a reiniciar el
dispositivo para que vuelva a comenzar el conteo de kWh.
29
Figura 9 Diagrama unifilar Prototipo de instalación eléctrica Gestionable [Autores]
30
6.1. SISTEMA MAESTRO
Actualmente existen diversos productos que permiten la creación o uso de la
programación como herramienta de creación de procesos autómatas o de análisis de
datos tales como por ejemplo PIC (Peripheral Interface Controller) creado por
Microchip Technology Inc [24], hardware ya directamente diseñados como Raspberry
PI producidos por Fundación Raspberry Pi [25] o el Arduino® [26], entre otros.
En este proyecto se tomó la decisión de trabajar con el hardware libre Arduino®, ya
que en comparación a Raspberry tiene un menor costo, y en relación a trabajar con PIC,
las librerías que son necesarias para trabajar este proyecto de una manera sencilla y
eficaz ya vienen predefinidas en la familia de Arduino®, por lo que generar dichas
librerías extendería mucho más el desarrollo final de este proyecto de grado.
El Arduino® tiene a su cargo varias funciones principales las cuales son las siguientes:
Realizar la comunicación con el integrado de medición y obtener las variables
eléctricas de la instalación.
Establecer la calibración de las variables eléctricas recibidas a partir de
constantes anexadas dentro de la programación interna del hardware.
Ejecutar las acciones pertinentes sobre el sistema de conmutación según las
condiciones presentes en la instalación.
Realizar la comunicación vía Ethernet con un servidor web al cual se anexarán
los datos obtenidos por el Arduino® de la instalación; en esta función será
necesario utilizar la placa ethernet shield [27] del Arduino®, la cual permitirá
ejecutar una programación que incluya al Arduino® dentro de una red para
realizar la pertinente comunicación con el servidor.
Para facilitar la conexión vía ethernet y mejorar la latencia de envío y recepción de
datos se usaron dispositivos de comunicación por línea de potencia (PLC) de la
empresa TP-link, evitando así la necesidad de realizar un cableado hasta la posición
del modem.
31
6.2. SISTEMA DE MEDICIÒN
El componente de medición es uno de los más importantes en este desarrollo, ya que,
de acuerdo al valor de los parámetros obtenidos gracias a este, es que se puede hacer la
toma de decisiones para la alimentación de cada uno de los circuitos de la instalación
Este sistema de medición está compuesto por los siguientes módulos
Sensor de voltaje: Determina el nivel de tensión al que se están alimentando las
cargas. Se generó por medio de un divisor de voltaje, orientado a garantizar que
la señal a la entrada del módulo ADE 7763 (Ver integrado e medición) no
supere 0,5 [Vp], con un nivel máximo de entrada de 140 [Vac].
Sensor de corriente: Determina el nivel de corriente que están consumiendo las
cargas conectadas al socket. Esta etapa se llevó a cabo por medio de un sensor
de efecto hall con referencia ACS714.
ADE 7763: Este es el componente principal de este sistema, pues se encarga de
capturar las señales que permiten realizar las medidas de consumo de energía
eléctrica.
6.2.1. INTEGRADO DE MEDICIÓN
El integrado que se utilizó fue elegido entre diferentes sistemas de medición, como
el uso de transformadores, divisores resistivos [28], sensores [29] y otros medidores
de energía como el CS5464 de la empresa CIRRUS LOGIC [30] por la razón
de que algunos de estos no cumplen con los objetivos que se tienen dentro del
desarrollo de la instalación eléctrica de topología variable; sea por razones de costo,
de la dificultad de su adquisición, eficiencia, tamaño, complejidad, seguridad y
precisión.
Adicionalmente, este dispositivo cuenta con un ADCs (convertidor análogo-digital)
y un DSP (procesador digital de señales) de función fija de alta precisión en
variaciones de tiempo y condiciones ambientales [31] con facilidad para
incorpora el procesamiento de señal para realizar mediciones de energía activa,
aparente y el cálculo RMS (Root Mean Square o valor eficaz) de la tensión.
Conjunto con esto, el integrado proporciona una interfaz directa con sensores de
corriente di/dt, tales como bobinas de Rogowski o sensores de efecto Hall
(González, 2008), e l iminando la necesidad de un integrador an a l ó g i c o externo
para estabilidad a largo plazo y adaptación de fase precisa entre la corriente y
los canales de tensión.
32
Para finalizar el ADE7763 proporciona además una interfaz de serie para leer
los datos y una frecuencia de salida de impulsos ( CF) que es proporcional a la
potencia activa. Varias características del sistema de calibración c o m o e l canal
d e corrección del offset, calibración de fase y calibración de potencia aseguran
una alta precisión; así como también detecta variaciones de alta o baja tensión;
además se encuentra gran variedad de documentación sobre este dispositivo.
ADE7763 (Single-Phase Active and Apparent) Energy Metering IC
El integrado medidor de energía utiliza la comunicación SPI para la lectura y escritura
de los registros internos los cuales tienen una función determinada para cada dato a
suministrar, dichos registros pueden ser de 1 a 3 bytes.
En este desarrollo se enfocó en los registros de voltaje (VRMS) y Corriente (IRMS).
El integrado tiene diferentes especificaciones en cuanto a su alimentación y
comunicación. A continuación, se mostrará solo el comportamiento de la comunicación
tanto para escritura como para lectura del integrado, cabe añadir que las demás
especificaciones quedaran en la sección de ANEXO.
Figura 10 Tiempos de escritura serial ADE7763 [32]
Figura 11 Tiempos de lectura serial ADE7762 [32]
La Figura 10 y la Figura 11 fueron de gran importancia en el proceso de comunicación
entre los dispositivos esclavo y maestro ya que si no se efectuaba una comunicación
serial confiable no se podría realizar la calibración del medidor, ni proseguir con el
33
desarrollo del prototipo. Por lo cual, con la ayuda de un osciloscopio se realizó un
análisis del sistema por defecto de comunicación que viene del dispositivo maestro
(Arduino®) concluyendo que los tiempos no eran los adecuados como se ve en la
Figura 12, según la hoja de especificaciones, y basados en la Figura 10 y Figura 11
existen tiempos muertos que se deben cumplir además de que la señal de reloj debe
iniciar antes que la de envió de datos.
Figura 12 Comportamiento de la comunicación SPI por defecto de la librería de Arduino® [Autores]
Por lo anterior, se debían corregir dichos requerimientos a partir de la librería de SPI
por defecto incluida en el sistema maestro Arduino®. Para realizar dichas correcciones
se realizó un análisis de los modos de operación de la comunicación SPI los cuales son
cuatro(4) desde el modo 0 al modo 3, siendo el modo 0 (ver Figura 13), el que viene
por defecto en las librerías del Arduino®, el cual no cumple con los tiempos y
condiciones delimitadas por el integrado ADE7763 para realizar una comunicación
optima, lo que hizo necesario trabajar con el modo 1 (ver Figura 14), el cual se adecua
perfectamente a las condiciones de trabajo del integrado ya que este modo cumple con
la señal de reloj empezando en bajo y primero que la señal de envió de datos.
1. Modo 0
Figura 13. Modo 0 SPI, [33]
34
2. Modo 1:
Figura 14. Modo 1 SPI, [33]
El segundo requerimiento mencionado es el de los tiempos muertos que según la hoja
de especificaciones del integrado [32] deben ser mayores o iguales a 4 Microsegundos
por lo que en el código se implementa la función:
delayMicroseconds (4);
Además de esto, como se menciona en la base teórica, el ADE7763 puede enviar de 1
a 3 bytes. Cada uno de los bytes debe tener un cero acompañándolo ya que el integrado
para responder debe tener un tiempo “extra” al de envío, por lo que en conclusión se
deben enviar ceros después de cada byte, por lo cual la línea de código delay debe ser
implementada entre cada línea de lectura y escritura.
Para asegurar que la comunicación SPI trabajara correctamente se usaron unos
protocolos de prueba, los cuales tenían como objetivo realizar una consulta al integrado
de registros internos por medio de la línea de código SPI.transfer, y comprobando que
la respuesta sea congruente a los valores predeterminados incluidos en la hoja de
especificaciones del integrado.
A continuación, se detallan, las pruebas con los siguientes 3 registros:
Figura 15 Registros por defecto del ADE7763 [32]
35
Las líneas de código implementadas para el protocolo de prueba fueron las siguientes:
digitalWrite (slaveAPin, LOW);// Activación del PIN A0 en bajo para activar el ADE7763
ganancia= SPI.transfer(0x0A);// Pregunta el Registro 0x0A
delayMicroseconds (4);//Realiza un retardo de 4 microsegundos.
ch1os= SPI.transfer(0x00);// Envía los 0
delayMicroseconds (4); ;//Realiza un retardo de 4 microsegundos.
ch2os= SPI.transfer(0x00);// Envía los 0
delayMicroseconds (4); ;//Realiza un retardo de 4 microsegundos.
ch3os= SPI.transfer(0x00);// Envía los 0
delayMicroseconds (4); ;//Realiza un retardo de 4 microsegundos.
digitalWrite (slaveAPin, HIGH); Desactiva PIN A0 en alto para terminar comunicación con
el ADE7763
delay(100); //Retardo de 100 milisegundos
digitalWrite (slaveAPin, LOW);// Activación del PIN A0 en bajo para activar el ADE7763
ganancia= SPI.transfer(0x14);// Pregunta el Registro 0x14
delayMicroseconds (4); //Realiza un retardo de 4 microsegundos.
bh1= SPI.transfer(0x00);// Envia 0
delayMicroseconds (4); //Realiza un retardo de 4 microsegundos.
bh2= SPI.transfer(0x00);// Envia 0
delayMicroseconds (4); //Realiza un retardo de 4 microsegundos.
bh3= SPI.transfer(0x00);// Envía 0
delayMicroseconds (4); //Realiza un retardo de 4 microsegundos.
digitalWrite (slaveAPin, HIGH); Desactiva PIN A0 en alto para terminar comunicación con
el ADE7763
delay(100);/ /Retardo de 100 milisegundos
digitalWrite (slaveAPin, LOW);// Activación del PIN A0 en bajo para activar el ADE7763
ganancia= SPI.transfer(0x1E);// Pregunta el Registro 0x1E
delayMicroseconds (4); //Realiza un retardo de 4 microsegundos.
nh1= SPI.transfer(0x00);// Envia 0
delayMicroseconds (4); //Realiza un retardo de 4 microsegundos.
nh2= SPI.transfer(0x00);// Envia los 0
delayMicroseconds (4); //Realiza un retardo de 4 microsegundos.
nh3= SPI.transfer(0x00);// Envia 0
delayMicroseconds (4); //Realiza un retardo de 4 microsegundos.
digitalWrite (slaveAPin, HIGH); Desactiva PIN A0 en alto para terminar comunicación con
el ADE7763
delay(100); / /Retardo de 100 milisegundos
Con la ayuda del puerto serial se obtienen los valores por defecto que deben ser acordes
a los que se observan en la Figura 16.
36
Figura 16 Resultados del protocolo de pruebas de la comunicación SPI [Autores]
A partir de aquí se concluye que la comunicación funciona acorde a la hoja de
especificaciones y se prosigue con la etapa de calibración del integrado.
Para la calibración se debe realizar un circuito de acondicionamiento de señal para los
dos canales CH1 y CH2 de corriente y tensión respectivamente, además de seguir un
proceso de selección de Ganancia del integrado Figura 17 que nos permitirá aumentar
o disminuir el rango de nuestro medidor.
Figura 17. Ganancia ADE7763, [32]
Por defecto el ADE7763 tiene la ganancia en 0, lo que significa que se encuentra en el
rango de 0.5V, el rango mayor que puede presentar, por lo que para una aplicación
dentro de una instalación eléctrica residencial este sería apropiado. Ahora bien, para el
montaje realizado se dejó dicha ganancia y se realizó el siguiente montaje:
37
Figura 18 Circuito implementado, Fuente Autores y [32]
CANAL 1 CORRIENTE:
Para el canal de corriente se utilizó el integrado ACS714 [34] (Figura 19), del cual se
habló anteriormente en el marco de referencia. Este sensor de corriente utilizado
consta de un circuito preciso, con un offset de 2.5 [V] (Figura 20), cuenta con una
trayectoria de conducción de cobre ubicada, cerca de la superficie del montaje la
que hace que a través de este camino se genere un campo magnético que el
IC Hall convierte en una tensión proporcional. Se tomó la decisión de utilizar este
sensor por su fácil implementación rango aceptable y por su tamaño ya que uno
de los objetivos es el desarrollo de un sistema de media con un tamaño r e d u c i d o
para realizar la supervisión de cada uno de los circuitos de una instalación eléctrica
residencial.
38
Figura 19 Circuito del sensor ACS714, [34]
Figura 20 Grafica del comportamiento de la tensión de salida contra la corriente censada. [34]
Para la calibración del parámetro de corriente fue necesario implementar un circuito de
acondicionamiento (ver Figura 21) de la señal, tal que se acoplara la ganancia
seleccionada como valor máximo de entrada, que por defecto fue configurado en 0.5
[V], por lo que fue necesario disminuir l offset generado por sensor de efecto hall.
Figura 21 Circuito de entrada para el ADE7763 con el sensor de corriente ACS714 [Autores]
39
Ya implementado el anterior circuito el procedimiento a seguir fue, con la ayuda del
Variac o transformador variable de voltaje y de dos bombillos de 100W como carga,
se efectuó la medición de corriente suministrada a las cargas, con diferentes niveles de
tensión, generando así un cambio continuo de la corriente que con la ayuda del circuito
de acondicionamiento y el sensor de efecto hall, se convierten en una entrada entre el
rango de 0 y 0.5[V] para los pines 4 y 5 del ADE7763 (Canal 1). Para efectuar una
medida más confiable se implementó un multímetro de precisión y se realizó una toma
de datos desde 100mA.
CANAL 2 TENSION:
Para el canal de tensión no hubo inconveniente alguno y fue sencillo de acondicionar.
Se utilizó un Variac al igual que en el canal de corriente, un multímetro y el
correspondiente circuito Figura 22 utilizado en la hoja de especificaciones del ADE
[32] para la entrada de tensión (Correspondiente a los pines 6 y 7).
Figura 22. Circuito de entrada al canal 2 (Tensión) Pines 6 y 7 ADE7763 Fuente: Autores.
Al momento de realizar la calibración se elaboraron tablas en las que se enfrenta el
valor arrojado por el ADE visualizado en el monitor serial y la medición del voltímetro
en la salida del Variac, como se verá en la etapa de resultados.
MEDICIÒN DE ENERGÌA
El ADE 7763, permite contabilizar el consumo de energía de una carga a partir de las
señales de corriente y tensión, las cuales ingresan al dispositivo por medio de entradas
en modo diferencial (como ya se mencionó anteriormente los canales 1 y 2). Adicional
a esto, el integrado puede realizar la medición de potencia activa teniendo en cuenta
que esta potencia corresponde a la componente DC de la señal de potencia instantánea
que se representa de acuerdo a la siguiente expresión:
𝑝(𝑡) = 𝑉𝐼 − 𝑉𝐼𝑐𝑜𝑠(𝑤𝑡) [32] Ecuación 1. Fórmula potencia instantánea
40
Esta es la relación que el ADE 7763 usa para calcular la potencia activa, la cual se
obtiene por medio del paso de la señal por un filtro pasa bajos. La señal que se
encuentra en la salida del filtro, pasa a través de un bloque de ganancia ajustable la cual
ya previamente se mencionó que sería de 0.5 y por ultimo través del registro de
ganancia de 12 bits:
A continuación, se presenta la manera cómo se ajusta la ganancia en relación con el
contenido del registro:
𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡𝑊𝐺𝐴𝐼𝑁 = (𝐴𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 ∗ [1 +𝑊𝐺𝐴𝐼𝑁
212] [32]
Ecuación 2. Fórmula como se ajusta la ganancia en el ADE
Donde WGAIN es el valor del registro, configurado por el usuario.
Para realizar la medición de energía activa la cual puede ser expresada como se presenta
a continuación:
𝐸 = ∫ 𝑝 𝑑𝑡 [32] Ecuación 3. Fórmula de energía activa.
El ADE 7763 acumula continuamente los valores de potencia activa en un registro de
49 bits, de manera que la integral se realiza por medio de la sumatoria de estos valores,
de acuerdo con la igualdad representada en la ecuación:
𝐸 = ∫ 𝑃 𝑑𝑡 = lim𝑡→0
[∑ 𝑝(𝑛𝑇) ∗ 𝑇∞𝑛=1 ] [32]
Ecuación 4. Formula de energía activa por medio de la sumatoria de valores.
Donde el periodo de muestreo es de 1.1 μs; el proceso de integración realizado en el
ADE 7763, se presenta en la Figura 23.
Figura 23 Integración en el módulo ADE7763 [32].
41
6.3. SISTEMA DE CONMUTACIÒN:
Para entrar en el tema de la conmutación se debe aclarar el objetivo primordial de esta
etapa, el cual es permitir al usuario el uso de fuentes no convencionales según sea el
caso para la alimentación de sus cargas “SIN PERDER CONFIABILIDAD EN EL
SISTEMA”. En otras palabras, permitir al usuario usar una u otra fuente de energía sin
alterar su actividad en el momento de realizar dicha acción. Para lograr cumplir a
cabalidad este objetivo se tuvieron en cuenta dos posibilidades:
1. Trabajar con relevadores
2. Implementar relés de estado solido
El objetivo principal de cambiar la fuente de alimentación es cumplido a cabalidad por
ambas opciones, por lo cual su diferencia radicará en la pérdida del suministro de
energía eléctrica al momento del cambio de fuente. Al trabajar con relevadores donde
su uso es simple, ya que su funcionamiento es basado en la energización de una bobina
y en el cierre y apertura de contactos por medio de esta, se vuelve complejo al momento
de perder el suministro de energía a la carga conectada, ya que si se realiza una
conmutación, esta puede afectar directamente a la vida útil de la carga. Para solucionar
esto sería conveniente utilizar sistemas capaces de sincronizar las fuentes en uso dentro
de la instalación antes de realizar el cambio de fuente, y con esto nos aseguramos que
la carga no reciba algún tipo de transitorio al momento de realizar una conmutación.
Esta opción fue descartada ya que el uso de sistemas de sincronización tiene un elevado
costo además de extender el proyecto si se diseñaban desde el principio.
Por el otro lado se encuentran los relés de estado sólido basados en principios de
electrónica de potencia, con semiconductores de potencia capaces de conmutar en
cuestión de milisegundos, además del hecho de que poseen circuitos de cruce por cero
que estabilizan aún más la conmutación y que para la aplicación dentro del proyecto
aprueban todas las condiciones necesarias para su uso. Por esta razón y por otras que
se presentaran a continuación en la Tabla 6 donde se muestran las ventajas y
desventajas de usar las dos opciones propuestas, se toma como definitiva la opción de
usar relés de estado sólido.
42
Adicional al uso de los relés también se implementó un circuito de enclavamiento para
la activación de los mismos por medio de una compuerta negadora (NOT) de alta
velocidad de respuesta de referencia 74LS04. El objetivo principal de esta compuerta
es el de impedir que las señales de disparo de los relés de estado sólido sean activadas
al mismo tiempo, lo cual crearía una unión física de dos fuentes que no se encuentran
sincronizadas entre sí, generando una falla de alta magnitud dentro del sistema.
Figura 24 configuración interna Integrado 74LS04 [35]
43
RELÉ DE ESTADO SÓLIDO [SSR] RELÉ ELECTROMECANICO [EMR]
Los SSR son generalmente de menor tamaño que los EMR, ahorrando así un valioso espacio en aplicaciones realizadas sobre placa de circuito impreso, aplicaciones comunes.
Los SSR mejoran la confiabilidad del sistema dado que no tienen contactos (piezas
móviles), así que no hace falta considerar la degradación por erosión de los
contactos.
Los SSR proporcionan las prestaciones más avanzadas; no necesitan electrónica de
gobierno (driver) y su conmutación no genera rebotes de señal.
Los EMR tienen menos confiabilidad que un SSR por lo que contiene piezas móviles; la
capacidad de conmutación máxima de los EMR se degrada sustancialmente más allá de las
recomendaciones del fabricante en un esfuerzo por prolongar la vida de los contactos del relé.
A menudo esta degradación indica la carga real que puede ser manejada por un EMR dentro
del margen operativo de un SSR.
Los contactos son los componentes más importantes en un EMR en cuanto a su confiabilidad.
Sus características se ven afectadas significativamente por factores como el material de los
contactos, los valores de la tensión y la corriente aplicados a ellos, el tipo de carga, la
frecuencia de trabajo, la atmósfera, la disposición de los contactos y el rebote de señal en los
contactos. Si alguno de estos valores falla a la hora de satisfacer el límite predeterminado,
pueden surgir problemas como la degradación del metal entre los contactos, la soldadura de
los contactos, su desgaste o el rápido incremento de la resistencia de contacto.
Los SSR mejoran los costes del ciclo de vida del sistema, con diseños simplificados
con menos requisitos en cuanto a fuentes de alimentación y disipación de calor
Los EMR tienen un ciclo de vida mucho más corto que el de un SSR y además tiene más
requisitos en cuanto a fuentes de alimentación y disipación del calor (se calienten más).
Los SSR, se pueden especificar con confianza a las tensiones y corrientes de carga
reales. La erosión de los contactos no es una preocupación ya que no hay contactos.
Los SSR están disponibles con un amplio abanico de capacidades para el manejo de
corriente, asegurando así que se ajustan bien a cada diseño.
Cuando se diseña con EMR, la tendencia a sobre especificar un componente para una
aplicación determinada es el resultado de dos preocupaciones relativas al diseño. En muchos
casos, los EMR están sobre especificados para la capacidad de manejo de corriente porque no
está disponible una unidad para menor corriente. Pero todavía resulta más frecuente que los
EMR se sobre-especifiquen para contrarrestar la erosión de los contactos prevista a lo largo de
su tiempo de vida útil. La erosión de los contactos lleva a una mayor resistencia de contacto y
a la tendencia de soldar los contactos del EMR para que estén cerrados, haciendo así que el
relé no sea funcional.
Los SSR no tienen interacción magnética; Los SSR no generan y no son sensibles a
las interferencias electromagnéticas (EMI).
Los EMR trabajan con campos electromagnéticos. La interacción se describe en las siguientes
indicaciones incluidas dentro del material de aplicación de EMR:
Evite su uso en un campo magnético (por encima de 8000 A/m).
Los SSR no generan ruido eléctrico Al hacer la conmutación los EMR generan un ruido gracias al pequeño arco eléctrico que hace
al cambiar de contacto.
Los SSR son más inmunes ante choques físicos y vibraciones Si los EMR son expuestos a golpes o vibraciones sus componentes internos pueden
desacoplarse causando fallo el elemento.
En la fabricación avanzada de placas de circuito impreso, los SSR tienen la ventaja
de la posibilidad de su manejo.
Los EMR trabajan con campos magnéticos. Estos campos no se encuentran confinados en el
propio relé, por lo que debe tenerse en cuenta la interacción de los campos magnéticos entre
componentes electromagnéticos adyacentes en el diseño de placas de circuito impreso.
44
Fiabilidad y Rendimiento Aunque resulta difícil de cuantificar, existe un consenso en
la industria en el sentido de que el proceso manual y la soldadura requerida por la
fabricación de placas de circuito impreso de tecnología mixta conllevan unos
rendimientos de la fabricación más bajos y unas cifras de tiempo medio entre fallos
más bajas para los productos fabricados, pero conllevando un alto precio en el
resultado final.
En consecuencia, la utilización de SSR, que no requieren procesos de tecnología mixta,
puede significar una mayor fiabilidad y mejores rendimientos.
Ya que los EMR no requieren de unos rendimientos de fabricación altos su precio es bajo
para aplicaciones sencillas donde el componente se adecue a las condiciones de trabajo
deseadas por lo que el rendimiento sería aceptable.
Todos los componentes electrónicos presentan modos de fallo.
La fiabilidad de los SSR en relación con las secciones de LED y opto aislante de los
componentes ha mejorado enormemente en los últimos años.
Los EMR, con sus piezas móviles, superficies de contacto y bobinados arrollados, presentan
generalmente más fallos a lo largo del tiempo que los SSR.
Tabla 6 Cuadro Comparativo Relés De Estado Solido Frente A Relés Electromecánicos [Autores]
45
De acuerdo al diseño de cada una de las etapas del sistema previamente mostradas y a
las conexiones del sistema maestro con los diferentes componentes se obtiene el
esquema de conexión total de los 3 sistemas como se muestra en la Figura 25.
Figura 25 Esquema de conexión total del sistema
Para concluir el capítulo del hardware, a continuación en la Figura 26 se muestra el
montaje físico de la instalación eléctrica junto con los relés de estado sólido, las
entradas de alimentaciones de las diferentes fuentes y las correspondientes salidas
eléctricas para las cargas que son dos rosetas y dos tomas, en donde se pondrán cargas
de uso común en una instalación eléctrica convencional y se evaluará el
comportamiento de todo el prototipo frente a cada una de ellas. En la Figura 27 se
muestra el montaje de los medidores de energía que se realizaron. En este caso son dos
medidores los que se utilizaron para el prototipo los cuales estarán censando el
consumo de las cargas por cada fuente. El modelo final del hardware implementado es
el conjunto de las elementos de la Figura 26 (numero (1) relés de estado sólido, numero
(2 y 3) la red de distribución de energía eléctrica y la fuente renovable respectivamente,
número (4) elementos de conexión de cargas y número (5) protecciones asociadas a
cada uno de los circuitos) y la Figura 27 (numero (1) sensores de corriente ACS 714,
numero (2) medidores de energía ADE7763 y número (3) las borneras de conexión
46
para las fuentes de energía implementadas) como se observó previamente en el
diagrama unifilar de la Figura 9.
Figura 26 Montaje físico de la instalación [Autores]
Figura 27 Montaje físico de los medidores [Autores]
47
7. SOFTWARE
Para el desarrollo del software se dividió el mismo en tres subsistemas los cuales se
pueden apreciar en el diagrama UML de la Figura 28, teniendo como fin el generar un
sistema capaz de gestionar una instalación eléctrica residencial.
Figura 28 Diagrama UML Software [Autores]
Para tener claro el funcionamiento y el objetivo principal del software que es la
medición y control en la instalación eléctrica, para realizar toma de decisiones
proyectadas a mejorar la gestión de la energía, se deben tener en cuenta las siguientes
variables dentro de la programación mostradas en la Figura 29.
Figura 29 Variables necesarias dentro del software [Autores]
En la Figura 30 se observa el diagrama de despliegue con cada uno de los nodos
participantes dentro del software ya que este es un sistema tipo cliente-servidor.
USUARIO Y CONTRASEÑA
Mantiene la seguridad e integridad de la información del usuario y su residencia
TENSIÓN, CORRIENTE, POTENCIA
Variables necesarias para el análisis y creación de posibilidades que mejoren la gestión de la energía dentro de la instalación
MANUAL Y AUTOMATICO
Modo escogido por el usuario para realizar la toma de decisiones
DISPONIBILIDAD DE FUENTES
Disponibilidad de las fuentes a utilizar dentro de la instalación.
48
A partir de lo anterior, se propone un diagrama de actividades general para el software
mostradas en la Figura 31.
Figura 30 Diagrama de actividades general [Autores].
49
Figura 31 Diagrama de despliegue.
50
7.1 Subsistema de medida
Dentro de este subsistema se encuentran las variables provenientes del sistema maestro
relacionados directamente con la parte de medición. Este se desarrolló utilizando
protocolos de comunicación por SPI, mediante librerías anexadas dentro del Arduino®.
En la Figura 32 se explica detalladamente cada uno de los pasos a seguir para
consolidar una medición efectiva utilizando el dispositivo maestro y el medidor de
energía ADE7763, y así mismo, en el ANEXO 3 se incluirá el código completo.
Figura 32 Diagrama de actividades para subsistema de medida [Autores]
51
7.2 Subsistema de control y consulta (PAGINA WEB)
En la actualidad el uso del internet se ha vuelto indispensable para la vida cotidiana de
las personas, ya que con el avance exponencial de la tecnología y el uso global que
abarca el internet hoy en día, nos encontramos en el inicio de una etapa considerada
como “El internet de las cosas” que basa su principio en que todo equipo electrónico
o herramienta llevara consigo una dirección con la que por medio de internet se tenga
completo acceso al dispositivo. Por esto se considera necesario en este proyecto brindar
al usuario la capacidad de controlar y de obtener la información de su instalación no
solo de manera local sino también desde cualquier tipo de ubicación utilizando este
medio de comunicación global.
Dentro del desarrollo del software se estableció la creación de una página web como
interfaz entre el usuario y la instalación, la cual tiene como objetivos principales:
1. El uso de sesiones como herramienta de seguridad de la información donde el
usuario deberá poseer un usuario y contraseña para el acceso completo a cada
uno de los elementos de su instalación.
2. Poseer la capacidad de permitir al usuario la visualización de los parámetros
eléctricos que se consideraron importantes dentro de la instalación como lo son
tensión, corriente y energía.
3. Obtener gráficamente el consumo de energía en la instalación.
4. Controlar la instalación a partir del modo manual o automático propuesto en
este proyecto.
Para cumplir los requisitos de la página se optó por trabajar lenguajes de diseño web
como lo son PHP, HTML, bases de datos en MYSQL y librerías de ethernet del
dispositivo maestro Arduino® para comunicación con las bases de datos.
Iniciando el desarrollo de la programación para este proyecto se utilizó un servidor
libre (Apache) de forma local, el cual se obtiene instalando el paquete de WAMPserver.
Este es un entorno de desarrollo web para Windows, el cual incluye el servidor, un
motor de base de datos MYSQL, un software de programación script PHP y HTML,
además de poseer un administrador de base de datos PHPMyAdmin con el que se puede
crear bases de datos, crear tablas e ingresar los datos en las mismas, realizar consultas
y generar scripts SQL como exportar e importar scripts desde la base de datos.
Teniendo instalado el paquete se procede a crear una base de datos para dos tablas:
Tabla para los Usuarios
52
Tabla para las Variables eléctricas
Se creó una base de datos llamada tesis con la ayuda del administrador PHPMyAdmin
y dentro de esta se elaboraron dos tablas con nombres usuarios_pass y variables
(Figura 33) en las cuales se almacenarán los usuarios y los parámetros eléctricos
tomados del sistema maestro.
Figura 33 Tablas para almacenamiento de usuarios y variables eléctricas en la base de datos
Para la tabla de usuarios se tienen dos variables de tipo text con el nombre y la
contraseña del usuario (Figura 34) y para la tabla de variables se tienen seis (6)
variables de tipo float para el almacenamiento de la tensión, corriente y energía de las
dos fuentes implementadas, además de una variable de tipo timestamp la cual
almacenará la fecha y hora de captura de los registros (Figura 35).
Figura 34 Tabla de usuarios y contraseña
53
Figura 35 Tabla de Variables Eléctricas
Teniendo creada la base de datos con las dos tablas, se asigna una contraseña para evitar
el ingreso de cualquier persona con acceso al servidor, esto con el fin de proteger la
integridad de la información almacenada en la base de datos.
A partir de aquí se procede a obtener las variables eléctricas del sistema maestro para
su posterior almacenamiento en la tabla dentro de la base de datos llamada tesis. Para
lograr este objetivo se procede a crear una página en PHP que se encargara de realizar
una conexión a la base de datos y una escritura dentro de la tabla llamada “variables”
de los parámetros eléctricos obtenidos por el Arduino® con la siguiente línea de
código:
<?php
$conexion = mysql_connect("localhost","arduino","12345");
mysql_select_db("tesis",$conexion);
$Tiempo = date('Y-m-d H:i:s'); // Captura la hora y fecha
mysql_query("INSERT INTO `variables`(TensionRed,
CorrienteRed,EnergiaRed,TensionReno,CorrienteReno,EnergiaReno,Tiempo) VALUES ('" .
$_GET['TensionRed'] . "','" . $_GET['CorrienteRed'] . "','" . $_GET['EnergiaRed'] . "','" .
$_GET['TensionReno'] . "','" . $_GET['CorrienteReno'] . "','" . $_GET['EnergiaReno'] . "','" .
$Tiempo . "')", $conexion);
?>
Primero se debe realizar la conexión con el servidor ingresando la dirección IP del
mismo. En este caso, como es de manera local, se puede usar la sentencia LocalHost.
Se ingresa el usuario y contraseña del operador del servidor en este caso “arduino” y
“12345”. Después se selecciona la base de datos y se establece una conexión, se captura
la hora y la fecha, y por último se realiza la petición, en este caso con la función INSERT
INTO, la cual permite escoger la tabla y las variables a las cuales se les asignará un
54
valor con la función VALUES, para asignar un valor se utiliza el método GET, el cual
es una forma de envió de datos por URL.
Para lograr que los Parámetros eléctricos que posee el Arduino® lleguen a la URL del
archivo PHP y este se encargue del almacenamiento de los datos en las tablas, se debe
realizar una conexión del sistema maestro como cliente del servidor, para así tener
acceso al archivo PHP y ser capaz de escribir en la URL los datos obtenidos del sistema
de medida. Para esto se implementó la siguiente línea de código:
if (client.connect(server, 80)) {
// Envia el requerimiento al servidor via GET
Serial.println("Iniciando conexion...");
client.print("GET /Paginaweb/tesis.php?TensionRed=");
//Impresion de los parametros en el servidor para su posterior almacenamiento
client.print(tension);
client.print("&CorrienteRed=");
client.print(intensidad);
client.print("&EnergiaRed=");
client.print(potencia);
client.print("&TensionReno=");
client.print(tension1);
client.print("&CorrienteReno=");
client.print(intensidad1);
client.print("&EnergiaReno=");
client.print(potencia1);
client.println(" HTTP/1.1");
client.print("Host: ");
client.println(server);
client.println("User-Agent: Arduino-Ethernet");
client.println("Connection: close");
client.println();
ultimaConexion = millis();
client.stop();// termina conexión como cliente
}
El archivo PHP tiene por nombre tesis.php el cual se encuentra en el ANEXO 2. A
partir de esto se conecta el sistema maestro al servidor por medio de su IP y puerto, se
ingresa al archivo PHP y con la ayuda del método GET y de los parámetros eléctricos
obtenidos del sistema de medida almacenados en las variables de tensión, intensidad y
energía, para cada una de las fuentes se registran los valores en las tablas. Esto se realiza
aproximadamente cada 2 min según los retrasos y tiempos dentro del código del
Arduino®.
Terminado el almacenamiento de variables en la base de datos se procede a hacer su
visualización en la interfaz web realizando una petición con la sentencia SELECT
55
desde la página donde se quiera mostrar las variables, en el caso del proyecto desde la
página llamada usuarioadmitido2.php:
$consulta="SELECT * FROM variables WHERE Tiempo=(SELECT MAX(Tiempo) AS Tiempo FROM
variables)";
$resultados=mysqli_query($conexion,$consulta);
$fila=mysqli_fetch_row($resultados);
Se debe seleccionar la tabla y las variables que se quieran mostrar, pero como es
fundamental mostrar al usuario en tiempo real su consumo de energía se necesita de
los últimos datos que se hallan incluido en la base de datos, por lo cual se utiliza la
sentencia SELECT MAX (tiempo) para tomar únicamente las variables incluidas en el
último instante de tiempo. Con esto se almacenan las variables en una matriz para
facilitar su impresión dentro de la página web. Cabe resaltar que cada una de las páginas
que se diseñaron debe contar con la sentencia de conexión para el servidor o para la
base de datos, si la página lo necesita.
Iniciando ya con el proceso de diseño web, se trabajó la primera página de la Figura
36, la cual se encarga de cumplir el primer objetivo del subsistema de control y
consulta, el cual es proteger la integridad de la información del usuario referente a su
instalación eléctrica. Para este desarrollo se utilizó una base de datos creada en
MYSQL, como ya se mencionó anteriormente, para establecer un usuario y contraseña
que garantice el acceso de una persona autorizada. Esta página tiene el nombre de
login.html.
Figura 36 Página de recopilación de usuario y contraseña [Autores]
Para generar un aspecto mucho más amigable en cuanto al uso de la aplicación web, se
elaboró un menú en la parte izquierda de la página de inicio (usuarioadmitido.php)
Figura 37, que presenta los siguientes índices:
56
Parámetros eléctricos
Control de la instalación
Grafica de consumo
Créditos
Cerrar sesión.
Figura 37 Página inicial de presentación [Autores]
Iniciando con el primer índice Parámetros eléctricos el cual muestra los valores de las
variables eléctricas en tiempo real [Tensión, Corriente, Energía], nivel porcentual de
carga de la batería y el valor en pesos correspondiente al consumo de energía por el
usuario (Figura 38). El archivo tiene como nombre usuarioadmitido2.php, el cual se
mencionó anteriormente, indicando como se realiza la visualización de las variables.
57
Figura 38 Página de Parámetros Eléctricos [Autores]
El segundo índice Control de la instalación establecerá la posibilidad de que el usuario
cambie de fuente de alimentación las cargas conectadas de una forma manual, en la
que puede establecer si la fuente que va a alimentar la instalación va a hacer la fuente
renovable o la red de distribución de energía eléctrica. También se puede hacer de
forma automática; si el usuario decide poner la instalación de este modo, el programa
establecerá la alimentación de la instalación por una fuente o la otra dependiendo de la
carga de la batería de la fuente renovable o si la red de distribución de energía eléctrica
deja de suministrar energía.
Para lograr el funcionamiento de los botones incluidos en la página se estableció la
comunicación entre el Arduino® y el sistema de conmutación dado de acuerdo a la
opción que elija el usuario. El Arduino® debe enviar la señal a los relés de estado sólido
para que conmuten de una fuente a otra, y la comunicación entre el sitio web y el
Arduino®. Para lograr dicha comunicación fue necesario acoplar tres archivos PHP a
cada uno de los botones uno para cambio a la red eléctrica al cual se le asocia el archivo
con nombre cambiador.php, el botón para cambio a fuente renovable al cual se le
asigna el archivo cambiador1.php y finalmente el botón de automático al cual se le
asigna cambiador2.php. Todo esto usando las siguientes sentencias de código presentes
en el archivo Usuarioadmitido3.php correspondiente a la página de control de la
instalación (Figura 39):
echo"<input type=submit value=FUENTE.RED.ELECTRICA style=width:200px;height:75px
onClick=location.href='cambiador.php'>";
echo"<input type=submit value=FUENTE.RENOVABLE style=width:200px;height:75px
onClick=location.href='cambiador1.php'>";
58
echo"<input type=submit value=AUTOMATICO style=width:200px;height:75px
onClick=location.href='cambiador2.php'>";
Los archivos PHP cambiadores tienen como finalidad el cambiar un texto en un archivo
independiente llamado led.php de acuerdo al botón pulsado. En este caso, ya sea el de
la red donde el texto será “encendido”, o la fuente renovable donde el texto es
“apagado”, y para el botón de automático es “automático”. Esto se realiza con la
siguiente línea de código:
<?php
$textfile = "led.php";
$fileLocation = "$textfile";
$fh = fopen($fileLocation, 'w ') or die("Algo Fallo"); // Esto abre el archivo .txt para escribir y
remplaza su contenido
$stringToWrite = "<?php echo'hola=automatico';?>";
fwrite($fh, $stringToWrite); // Escribe sobre el archivo .txt
fclose($fh);
header("location:usuarioadmitido3.php");
?>
El anterior código es para el caso en el cual el usuario oprime el botón de automático.
Después de seleccionado el botón, este inmediatamente elige el archivo que contendrá
el texto led.php y se escribe sobre el mismo, se cierra y se devuelve a la página de
control de la instalación o usuarioadmitido3.php.
Modificado el archivo que contendrá el texto, se realiza por medio del Arduino® una
conexión con el servidor como cliente y se abre el archivo led.php. A partir de esto y
con la instrucción client.read se obtienen los caracteres escritos en el archivo, se
concatenan y se almacenan en una variable tipo string llamada nombre.
Teniendo ya la variable de ejecución de los botones se realiza un condicional para cada
caso, cabe agregar que se omite el primer carácter y se ejecuta la acción de encendido
o apagado de los relés:
if(nombre=="ncender"){
digitalWrite(PIN_relereno,HIGH);
}
else if(nombre=="pagado"){
digitalWrite(PIN_relereno,LOW);
}
// condicional para la activacion de los reles de estado sólido según los caracteres obtenidos en modo
automatico
else if(nombre=="utomatico"){
if(tension>=110){
digitalWrite(PIN_relereno,HIGH);
}
else if(tension<110){
digitalWrite(PIN_relereno,LOW); }
59
Figura 39 Página de control de la instalación [Autores]
En el índice de Grafico de consumo se muestra una gráfica del nivel de energía
consumida en tiempo real, donde el usuario podrá observar el ahorro progresivo que se
obtendrá a partir de la fuente renovable, además de ver el consumo habitual de la
energía del operador de red en este caso CODENSA para Bogotá (Figura 40). El
nombre del archivo es grafica.php. Para lograr el grafico de consumo se utilizó un
archivo llamado randomclass.php el cual se encarga de conectar con la base de datos
para acceder a la tabla de variables almacenarlas en una matriz y por medio de librerías
predefinidas de Javascript (jquery.js, highstock.js, exporting.js), en grafica.php se
genera una gráfica. Las librerías pueden ser descargadas directamente del servidor de
Java.
Figura 40 Página Gráfico de Consumo [Autores]
60
En el índice de créditos se muestra un texto corto indicando el fundamento del proyecto
y los autores del mismo Figura 41 el nombre del archivo es usuarioadmitido4.php.
Figura 41 Pagina Créditos [Autores]
61
8. PRUEBAS DE CALIBRACIÓN
El proyecto de grado que se desarrolló se basa en el diseño de una instalación eléctrica
residencial con topología variable, que es capaz de realizar un cambio de alimentación
entre dos fuentes de energía eléctrica, en este caso la energía suministrada por el
operador de red y una fuente de energía no convencional, según ciertas condiciones de
operación de la instalación. Para lograr una medición de los parámetros eléctricos se
utilizaron dos integrados ADE7763 con el objetivo de censar las dos fuentes
previamente mencionadas independientemente una de la otra, con el fin de ejecutar
unas pruebas de funcionamiento básicas al prototipo.
Para calibrar los dos integrados se realizó una serie de mediciones de los parámetros
de tensión y corriente en una carga común en una instalación. La Tabla 7 muestra los
valores obtenidos por el ADE y los valores obtenidos de dos dispositivos de censado
diferentes como lo son el multímetro de precisión y el PQA (analizador de redes) [37]
encontrados en los laboratorios de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas.
ADE7763 RED
Valor
Promedio
de registro
de tensión
ADE
Valor del
registro
de corriente
ADE
Promedio
Corriente
leída
con el
PQA [A]
Corriente
leída
Multímetro
[A]
Tensión
leída
con el
PQA
[V]
Tensión
aplicada
Variac
[V]
316.5 492 10.9 493 10.5 1 10.5 1.1
567.5 617 19.9 617.5 19.5 1.26 19.5 1.3
863.5 746 30.3 746.5 29.9 1.51 29.9 1.6
1158 860 40.7 860.5 40.2 1.75 40.2 1.8
1406.5 951 49.6 952 49.2 1.93 49.2 2
1695.5 1047 59.5 1047.5 59.1 2.12 59.1 2.2
1994 1142 70.4 1142.5 70.1 2.32 70.1 2.4
2264 1222 79.8 1222.5 80.3 2.47 80.3 2.6
2563.5 1304 90.1 1304.5 89.7 2.64 89.7 2.8
2840.5 1376 99.9 1376.5 99.6 2.79 99.6 2.9
3114.5 1447 109.4 1447.5 108.9 2.92 108.9 3.1
3414.5 1521 120.5 1521.5 120 3.08 120 3.2
3661.5 1582 129.6 1582.5 128.9 3.2 128.9 3.4
Tabla 7 Resultados obtenidos a partir de una serie de mediciones [Autores]
Ya obtenidos los resultados comparados con los dos diferentes equipos de medición
(PQA y Multímetro de precisión), se prosiguió a realizar una regresión lineal para
obtener la ecuación específica que caracteriza la calibración de cada uno de los
integrados ADE7763. Los dos equipos de medición utilizados generaron una ecuación
diferente para la calibración de los medidores, a pesar de que los dos se encontraban
62
censando al mismo tiempo y bajo las mismas condiciones, por lo que se decide hacer
distintas pruebas con las 2 diferentes ecuaciones obtenidas y analizar el error de cada
una, de tal manera que se tome a consideración la que presente el menor porcentaje [%]
de error con respecto al equipo de medida utilizado como referencia. En la Gráfica 1
se ve un ejemplo grafico de la obtención de la ecuación para el caso donde se usó el
analizador de redes y en la Tabla 8 se muestran las dos ecuaciones obtenidas en los dos
casos.
Gráfica 1 Valores del registro de tensión del ADE comparado con la tensión del variac leída
con el PQA [Autores]
Equipo de calibración Ecuación de calibración
para tensión
Analizador de redes (PQA) 0.0353x - 0.2405
Multímetro de precisión 0.0353x - 0.5551
Tabla 8 Ecuaciones de calibración de tensión para el ADE de la red de distribución de
energía eléctrica
Así mismo, para la calibración de corriente se repite el mismo procedimiento y se
obtienen las siguientes ecuaciones de calibración,Tabla 9.
Equipo de calibración Ecuación de calibración
para Corriente
Analizador de redes (PQA) 0.0021x + 0.0053
Multímetro de precisión 0.002x + 0.0104
Tabla 9 Ecuaciones de calibración de Corriente para el ADE de la red de distribución de
energía eléctrica
y = 0,0353x - 0,2405
0
20
40
60
80
100
120
140
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Valores del registro de Tensión Vs Tensión
leida con PQA
63
A continuación, en la Tabla 10 se muestran los valores obtenidos de tensión por el
integrado ADE7763 ya previamente calibrado y el porcentaje de error correspondiente
comparado con los dos equipos de medida tomados como referencia (Multímetro de
precisión y PQA), obteniendo así la calibración final que se realizó con referencia al
PQA, ya que el error fue menor comparado con el multímetro.
Valor del registro
de tensión ADE
[V]
Promedio
Tensión
leída
con
multímetro
[V]
Tensión
leída
con el
PQA [V]
Error [%]
con
respecto al
multímetro
Error
[%] con
respecto
al
PQA
9.89 10.2 10.045 9.7 10.1 3.55670 0.5445
20.05 20.7 20.375 20.1 20.5 1.3681 0.6097
29.72 30.64 30.18 29.9 30.3 0.9364 0.3960
39.2602 40.389 39.8246 39.6 40 0.5671 0.4385
49.56 50.48 50.02 49.9 50.3 0.2404 0.5566
59.31 60.93 60.12 60.1 60.5 0.0332 0.6280
69.68 71.206 70.443 70.2 70.6 0.3461 0.2223
78.76 80.8788 79.8194 79.7 80 0.1498 0.2255
89.56 91.5395 90.54975 90.1 90.5 0.4991 0.0549
99.6938 101.7412 100.7175 100.6 101.1 0.1167 0.3783
108.8012 111.6252 110.2132 109.9 110.4 0.2849 0.1692
118.685 121.721 120.203 119.6 120.2 0.5041 0.0024
128.3 130.36 129.33 128.9 129.2 0.3335 0.1006
Tabla 10 Porcentajes de error de la medida de tensión [V] obtenida del integrado ADE7763
contra los equipos de medida utilizados como referencia. [Autores]
En la Tabla 11 se muestran los valores obtenidos de la medición de corriente por el
ADE ya calibrado y el porcentaje de error correspondiente comparado con los dos
equipos de medida, obteniendo así la calibración final que se realizó con referencia al
multímetro. Ya que la ecuación de calibración era muy cercana la una con la otra, el
criterio para utilizar el multímetro fue el hecho de que el PQA mostraba solo un decimal
lo que hacía menos exacta la medida, en comparación con el multímetro de precisión,
que proporcionaba un rango mayor.
Valor del
registro
de Corriente
ADE [A]
Promedio
Corriente
leída
con
multímetro
[A]
Corriente
leída
con el
PQA [A]
Error [%]
con
respecto al
multímetro
Error
[%] con
respecto
al
PQA
0.9684 0.9684 0.9684 0.97 1 0.1649 3.16
1.2564 1.26 1.2582 1.27 1.3 0.9291 3.2153
1.498 1.5 1.499 1.51 1.6 0.7284 6.3125
1.716 1.718 1.717 1.73 1.8 0.7514 4.6111
1.9244 1.9264 1.9254 1.95 2 1.2615 3.73
2.116 2.1204 2.1182 2.14 2.2 1.0186 3.7181
64
2.2944 2.2964 2.2954 2.32 2.5 1.0603 8.184
2.4524 2.4564 2.4544 2.48 2.6 1.0322 5.6
2.6204 2.6224 2.6214 2.64 2.7 0.7045 2.9111
2.7744 2.7764 2.7754 2.8 2.9 0.8785 4.2965
2.9104 2.9124 2.9114 2.94 3 0.9727 2.9533
3.0484 3.0524 3.0504 3.08 3.1 0.9610 1.6
3.0844 3.0864 3.0854 3.12 3.3 1.1089 6.5030
Tabla 11 Porcentajes de error de la medida de corriente [A] obtenida del integrado
ADE7763 contra los equipos de medida utilizados como referencia. [Autores]
Se puede mencionar que al trabajar con diferentes ADE7763 el comportamiento de los
mismos cambia según sus variables de calibración, así que hay que realizar el mismo
procedimiento para cada uno ellos independientemente que sean de la misma
referencia. A continuación, en la Tabla 12, se muestran los datos más relevantes de la
calibración para el segundo medidor implementado.
ADE7763 Fuente no convencional
Valor
Promedio
del registro
de tensión
del ADE
Valor del
registro
de
corriente
ADE
Promedio
Corriente
leída
con el
PQA [A]
Corriente
leída
Multímetro
[A]
Tensión
leída
con el
PQA
[V]
Tensión
aplicada
Variac
[V]
317 903 904 9.8 9.8 0.98 1 9.8
590.5 1166 1167 19.7 19.7 1.26 1.3 19.7
887.5 1407 1408 30.02 30.02 1.52 1.6 30.02
1170 988 1616 40 40 1.74 1.8 40
1449.5 1815 1817 50.4 50.4 1.96 2.1 50.4
1765.5 2001 2002 60.8 60.8 2.15 2.3 60.8
2049 2162 2165 70.3 70.3 2.32 2.5 70.3
2342.5 2316 2319 80.3 80.3 2.49 2.6 80.3
2623.5 2468 2470 90.1 90.1 2.64 2.8 90.1
2892 2598 2599 99.8 99.8 2.79 3 99.8
3191.5 2713 2714 109.5 109.5 2.93 3.1 109.5
3462.5 2811 2813 119 119 3.06 3.2 119
3731.5 2901 2903 129.9 129.9 3.21 3.4 129.9
Tabla 12 Resultados obtenidos a partir de una serie de mediciones para el segundo
integrado utilizado [Autores]
De igual forma para el nuevo medidor se obtienen las ecuaciones de calibración tanto para
corriente como para tensión las cuales se resumen en la Tabla 13.
Equipo de calibración Ecuación de calibración
para tensión
Ecuación de calibración
para Corriente
Analizador de redes (PQA) 0.0347x - 0.3867 0.0012x - 0.0614
Multímetro de precisión 0.0348x - 0.8238 0.0011x - 0.0216
Tabla 13 Ecuaciones de calibración de tensión y corriente para el ADE de la fuente no
convencional
65
En la Tabla 14 se muestran los valores obtenidos de tensión por el ADE de energía
renovable ya calibrado y el porcentaje de error correspondiente comparado con los dos
sensores de referencia utilizados (multímetro y PQA).
Valor del registro
de tensión ADE[V] Promedio
Tensión leída
con
multímetro[V]
Tensión
leída
con el
PQA[V]
Error [%]
con
respecto al
multímetro
Error [%]
con
respecto al
PQA
10.89 11.41 11.15 10.5 10.9 6.1904 2.2935
19.87 20.29 20.08 19.6 20 2.4489 0.4
29.83 30.94 30.385 30.2 30.6 0.6125 0.7026
39.69 40.5 40.095 39.9 40.3 0.488 0.5086
49.82 51.038 50.429 50.5 50.9 0.1405 0.9253
59.92 60.23 60.075 59.1 59.7 1.6497 0.6281
70.5 71.19 70.845 70.2 70.7 0.9188 0.2050
79.7 80.98 80.34 80.1 80.4 0.2996 0.0746
90 91.53 90.765 90.3 90.6 0.5149 0.1821
99.96 101.42 100.69 100.1 100.5 0.5894 0.1890
109.09 111.03 110.06 109.4 109.8 0.6032 0.2367
117.8 120.95 119.375 119.1 119.4 0.2308 0.0209
128.3 130.36 129.33 128.9 129.2 0.3335 0.1006
Tabla 14 Porcentajes de error de la medida de tensión [V] obtenida del segundo integrado
ADE7763 contra los equipos de medida utilizados como referencia. [Autores]
En la Tabla 15 se muestran los valores obtenidos de corriente por el ADE ya calibrado
y el porcentaje de error correspondiente comparado con los dos sensores de referencia
utilizados (multímetro y PQA), que al igual que en el anterior ADE7763 se toma como
calibración la del multímetro de precisión.
Valor del registro
de Corriente
ADE[A]
Promedio
Corriente
leída
con
multímetro[A]
Corriente
leída
con el
PQA[A]
Error [%]
con
respecto al
multímetro
Error
[%] con
respecto
al
PQA
0.993 0.994 0.9935 1 1 0.65 0.65
1.25 1.256 1.253 1.26 1.3 0.5555 3.6153
1.526 1.526 1.526 1.52 1.6 0.3947 4.625
1.748 1.75 1.749 1.74 1.8 0.5172 2.8333
1.975 1.976 1.9755 1.96 2 0.7908 1.225
2.148 2.149 2.1485 2.13 2.2 0.8685 2.3409
2.3499 2.35 2.34995 2.32 2.4 1.2909 2.0854
2.52 2.52 2.52 2.49 2.6 1.2048 3.0769
2.68 2.69 2.685 2.65 2.8 1.3207 4.1071
2.83 2.84 2.835 2.79 3 1.6129 5.5
66
2.964 2.966 2.965 2.93 3.1 1.1945 4.3548
3.069 3.071 3.07 3.06 3.3 0.3267 6.9696
3.168 3.167 3.1675 3.19 3.4 0.7053 6.8382
Tabla 15 Porcentajes de error de la medida de corriente [A] obtenida del segundo integrado
ADE7763 contra los equipos de medida utilizados como referencia. [Autores]
CALIBRACIÒN ENERGIA
Para la calibración de la energía se procedió a tomar como referencia el analizador de
redes (PQA), conectado a un sistema con una carga resistiva en este caso un bombillo
de 100[W], dejándolo por distintos lapsos de tiempo que fueron de 5, 10 y 15 minutos,
para establecer una constante de calibración que permita realizar la conversión de las
variables de conteo del ADE7763 por defecto, a valores reales de consumo de energía
eléctrica. Los resultados se observan en la Tabla 16.
Tiempo
[min]
Valor del
registro
de potencia
activa ADE
Energía
[W*h] (PQA)
Potencia pico
[kW] (PQA)
Constante de
calibración
5 3212 31 0.38 0.00965131
10 6538 63 0.38 0.009635974
15 9634 93 0.38 0.009653311
Tabla 16 Constante de calibración para conteo de energía
Para esta calibración, el objetivo principal se basa en encontrar una constante, por lo
que no es necesario realizar ni regresiones, ni análisis exhaustivos en comparación a la
calibración de tensión y corriente previamente mostrada, ya que en las tres pruebas que
se realizaron con tres tiempos distintos, la constante de calibración tiene un cambio
mínimo como se ve en la Tabla 16. Después de obtenidos los resultados al conteo por
defecto de energía que tiene el ADE7763 se le multiplicó la variable de calibración
para mostrar en parámetros de vatios por hora el resultado de consumo del sistema.
67
9. RESULTADOS PRACTICOS
Los resultados que se muestran a continuación tuvieron como objetivo principal el
demostrar que la instalación es capaz de generar un cambio de fuente para distintas
cargas sin alterar su funcionamiento, además de presentar las distintas funcionalidades
en conjunto de las diferentes etapas del proyecto desarrollado.
Las pruebas se desarrollaron con seis (6) cargas distintas, las cuales se ven resumidas
en la Tabla 17. Con la ayuda de un analizador de redes directamente conectado sobre
la carga, se analizaron los cambios de fuente ejecutados por el sistema de conmutación
teniendo en cuenta el nivel de tensión y de corriente que demanda la carga, así como
las posibles alteraciones que puede generar dichos cambios (armónicos) y la velocidad
de funcionamiento de los dispositivos de conmutación. Cabe resaltar que para el control
de todas las pruebas se estableció la página web sobre un servidor local.
Carga Detalles
Cargador de celular Marca Samsung, 1[A],
Maquina depiladora Marca Philips, 12[W]
Bombillo 60[W]
Televisor Marca Panasonic, corriente
máxima 1.9A
Plancha para el cabello Marca Nobelsound, 10[W]
Computador Marca Dell 19.5[V],
3.34[A] Tabla 17 Cargas implementadas en las pruebas [Autores]
Otro punto importante a mencionar es que para todas las pruebas realizadas la fuente
no convencional fue elegida de tal manera que se usaran dispositivos de un bajo costo,
por lo que se usó un inversor de 300[W] onda modificada (ya que son mucho más
económicos que los de onda pura), a 12 [Vdc] 110 [Vac] y una batería de 18 [A*h] a
12[V], Figuras 35 y 36 respectivamente.
68
Figura 42 Inversor de 300[W] onda modificada a 12 [Vdc] 110 [Vac] [Autores]
Figura 43 Batería de 18 [A*h] a 12[V].
9.1 PRIMERA PRUEBA
Para la primera prueba se usaron dos cargas una máquina depiladora y un cargador de
celular Tabla 17, las pruebas se enfocaron en:
Verificar que el sistema de medición se encuentre en funcionamiento y
realizando una correcta medición de los parámetros eléctricos.
Realizar una serie de cambios de fuente reiterativos para ver el comportamiento
de las cargas, utilizando el control generado en la página web.
Observar el cambio en el consumo y ver el comportamiento de este con la ayuda
de las gráficas en la interfaz web.
Teniendo en cuenta los objetivos de la prueba se procedió a conectar las dos cargas al
mismo tiempo, ya que las dos poseen muy bajo consumo y con la ayuda de la página
web se verificaron inicialmente que los valores de tensión de las dos fuentes
implementadas se lograran visualizar como se ve en la Figura 44.
Figura 44 Medición de la prueba 1 desde la interfaz WEB [Autores]
69
Como se aprecia en la interfaz de la página web, las variables de tensión se encuentran
en buen funcionamiento ya que corresponden a las fuentes de energía implementadas.
También se puede observar un consumo de energía para las fuentes, por lo que se
procede a analizar el comportamiento del prototipo con la ayuda de un analizador de
redes PQA824 que tuvo como objetivo el monitoreo de la carga, y partir de ahí se
empezó a realizar una serie de conmutaciones entre las fuentes (Red de distribución de
energía eléctrica e Inversor con batería) con la ayuda de la interfaz web.
La prueba duro aproximadamente seis (6) minutos, en la cual los tres(3) primeros se
dejó alimentada la carga con la red de distribución de energía eléctrica para verificar
que el sistema fuera capaz de censar la corriente y la tensión de manera adecuada. De
ahí se procedió a realizar un cambio de un minuto a la otra fuente donde en la Gráfica
2 (Línea negra Tensión, línea naranja Frecuencia y línea azul corriente) se puede apreciar
que el nivel de tensión (línea Negra) decae a los 110 [Vac]. Además en la Tabla 18 se
pueden ver numéricamente los instantes de tiempo con su respectivo nivel de tensión,
al igual que el porcentaje de cambio del mismo en cada uno de los instantes de tiempo.
Cabe agregar que al realizar el cambio de fuente, la carga no presentó alteración alguna
en su funcionamiento. A partir de esto se realizaron varios cambios de fuente
rápidamente para visualizar el estado de la carga que no presentó ninguna alteración.
Por el nivel tan bajo de la corriente (línea Azul) el PQA no fue capaz de censar esta
variable, ya que el rango mínimo de corriente que mide con precisión inicia desde un
amperio.
Otro punto importante es que el inversor al ser de onda modificada, la carga también
ve una alteración en la frecuencia de 60 [Hz] (línea Naranja) hasta 57.7 [Hz]. Según la
regulación vigente, la frecuencia nominal del sistema Colombiano es de 60 [Hz] y su
rango de variación, en condiciones normales de operación, comprende una franja de
calidad 59.8-60.2 Hz, por lo que se podría decir que el inversor puede afectar la calidad
de la energía dentro de la instalación al ser de onda modificada y no ser de una buena
calidad.
70
Gráfica 2 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número uno [Autores]
HORA
MINUTO
DE LA
PRUEBA
NIVEL DE
TENSIÓN
[V]
PORCENTAJE
DE CAMBIO
DE NIVEL DE
TENSION [%]
18:30:00 0 119.2
18:32:58 00:02:58 109 8.5570
18:33:48 00:03:48 109 0
18:33:49 00:03:49 115 5.5045
18:33:50 00:03:50 119.2 3.6521
18:34:11 00:04:11 119.7 0.4194
18:34:12 00:04:12 112 6.4327
18:34:13 00:04:13 110 1.7857
18:34:14 00:04:14 109.6 0.3636
18:34:25 00:04:25 109.5 0.0912
18:34:26 00:04:26 118.7 8.4018
18:34 00:04:27 119.8 0.9267
18:34:34 00:04:34 119.8 0
18:35:35 00:05:35 112 6.5108
18:36:36 00:06:36 108.9 2.7678
18:34:42 00:04:42 109.6 0.6427
18:34:43 00:04:43 105 4.1970
18:34:44 00:04:44 119.8 14.0952
18:34:50 00:04:50 120 0.1669
18:34:51 00:04:51 113.4 5.5
18:34:52 00:04:52 108.8 4.0564
18:34:55 00:04:55 109 0.1838
18:34:56 00:04:56 118.3 8.5321
71
18:34:57 00:04:57 119.7 1.1834
18:35:07 00:05:07 119.8 0.0835
18:35:08 00:05:08 114 4.8414
18:35:09 00:05:09 106 7.0175
18:35:10 00:05:10 106 0
18:35:11 00:05:11 103 2.8301
18:35:12 00:05:12 103 0
18:35:13 00:05:13 103 0
18:35:14 00:05:14 112.7 9.4174
18:35:15 00:05:15 119.8 6.2999
18:35:43 00:05:43 119.8 0
PROMEDIO 4.2393
Tabla 18 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
uno
Además del cambio en la frecuencia por la inclusión del inversor, también existen otras
distorsiones; en este caso armónicas que pueden también afectar en gran parte a la
calidad de la energía suministrada a la instalación, por la inclusión del inversor, como
se ve en la Gráfica 3 (THD tensión- línea verde). El THD (Total Harmonic Distortion) o
distorsión armónica total, en este caso de tensión (línea color verde), aumenta
significativamente cuando es la fuente renovable la que alimenta la carga, generando
que se presenten niveles de armónicos mucho más altos que pueden generar
sobrecalentamientos en los conductores especialmente en el neutro de las instalaciones,
debido al efecto pelicular, disparos intempestivos de Interruptores automáticos y
diferenciales, además de un posible deterioro de la forma de onda de la tensión, y
consiguiente malfuncionamiento de los aparatos eléctricos.
Gráfica 3 Distorsiones armónicas para la prueba uno [Autores]
72
9.2 SEGUNDA PRUEBA
Esta prueba fue realizada por la razón de que la corriente en la prueba uno era muy baja
para su análisis y se decide incluir a las cargas de la prueba anterior un bombillo de 60
W.
Se verificó el buen funcionamiento de la medición de los parámetros eléctricos en la
interfaz web (Figura 45). Al igual que en la prueba anterior, observando los niveles de
tensión de las dos fuentes implementadas, así como un nivel de corriente por la
conexión de las cargas sobre la red de distribución de energía eléctrica. El único detalle
a destacar es que el consumo tiene un valor negativo que fue añadido en esta prueba
por error, pero que no afecta en si al funcionamiento del prototipo.
Figura 45 Medición de la prueba 2 desde la interfaz WEB [Autores]
Para esta prueba, ya que en la anterior no se mostró dentro de la interfaz web la gráfica
de consumo tanto de la red de distribución de energía eléctrica como de la fuente
renovable, por el problema de la corriente, se puede observar en la Gráfica 4 como la
interfaz es capaz de generar una comparación gráfica entre el consumo de las dos
fuentes implementadas, y permitir al usuario verificar el ahorro por el uso de la fuente
renovable.
73
Gráfica 4 Prueba de consumo energía [Autores]
En la implementación de esta prueba se tuvo un tiempo aproximado de nueve (9)
minutos, donde los primeros cuatro (4) se realizaron una serie de cambios de fuentes a
distintas velocidades, donde se puede apreciar una variación en el nivel de tensión a
partir del uso de la fuente renovable (como ya se mencionó de un inversor de 110[V])
como se ve en la Tabla 19. También se visualiza en la Gráfica 5 (Línea negra Tensión,
línea verde Frecuencia y línea azul corriente) cuatro (4) instantes donde se realiza una
conmutación de fuentes en menos de un segundo.
Gráfica 5 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número dos [Autores].
74
HORA
MINUTO
DE LA
PRUEBA
NIVEL DE
TENSIÓN
[V]
PORCENTAJE
DE CAMBIO
DE NIVEL DE
TENSION [%] 19:00:00 00:00:00 118.6 NA
19:01:28 00:01:28 118.4 0.1686
19:01:29 00:01:29 114.5 3.2939
19:01:30 00:01:30 104.6 8.6462
19:02:00 00:02:00 106.4 1.7208
19:02:01 00:02:01 116.8 9.7744
19:02:02 00:02:02 118.4 1.3698
19:02:10 00:02:10 118.4 0
19:02:11 00:02:11 108.8 8.1081
19:02:12 00:02:12 106.1 2.4816
19:02:13 00:02:13 106.5 0.3770
19:02:16 00:02:16 106.5 0
19:02:17 00:02:17 115.7 8.6384
19:02:18 00:02:18 118.4 2.3336
19:02:19 00:02:19 112.7 4.8141
19:02:20 00:02:20 106.2 5.7675
19:02:21 00:02:21 106.4 0.1883
19:02:22 00:02:22 107.3 0.8458
19:02:23 00:02:23 118.3 10.2516
19:02:24 00:02:24 118.4 0.0845
19:02:25 00:02:25 109.3 7.6858
19:02:26 00:02:26 106.6 2.4702
19:02:27 00:02:27 111 4.1275
19:02:28 00:02:28 118.4 6.6666
19:02:29 00:02:29 116.3 1.7736
19:02:30 00:02:30 106.2 8.6844
19:02:31 00:02:31 106.6 0.3766
19:02:32 00:02:32 116.7 9.4746
19:02:33 00:02:33 118.4 1.4567
19:02:39 00:02:39 118.4 0
19:02:40 00:02:40 109.2 7.7702
19:02:41 00:02:41 106.6 2.3809
19:02:42 00:02:42 111.8 4.8780
19:02:43 00:02:43 113.3 1.3416
19:02:44 00:02:44 106.6 5.9135
19:02:45 00:02:45 106.6 0
19:02:51 00:02:51 106.6 0
19:02:52 00:02:52 109.2 2.4390
19:02:53 00:02:53 118.3 8.3333
19:03:03 00:03:03 118.3 0
19:03:04 00:03:04 109.2 7.6923
19:03:05 00:03:05 106.7 2.2893
19:03:19 00:03:19 106.5 0.1874
19:03:20 00:03:20 107 0.4694
19:03:21 00:03:21 108.5 1.4018
19:03:22 00:03:22 118 8.7557
19:04:20 00:04:20 118 0
19:04:21 00:04:21 113.1 4.1525
19:02:22 00:02:22 106.9 5.4818
19:07:18 00:07:18 106.5 0.3741
75
19:07:19 00:07:19 118.5 11.2676
19:07:20 00:07:20 118.5 0
19:08:38 00:08:38 118.6 0.0843
PROMEDIO 4.2453
Tabla 19 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
dos
Al igual que con la prueba anterior se puede apreciar una alta alteración en cuanto a los
armónicos de corriente y tensión como se muestra en la Gráfica 6 (THD tensión -línea
azul y corriente-línea roja) que produce la fuente renovable por hacer uso del inversor.
También en forma de resumen se puede mencionar que a pesar de realizar cambios de
fuente a altas velocidades y continuamente, no se produce una elevación mayor del
porcentaje de THD dentro del rango de tiempo de los cambios. Esto quiere decir que
la conmutación no presenta alteraciones armónicas que desfavorezcan a la calidad de
la energía, pero al contrario el uso de fuentes con inversores de ondas modificadas si
lo generan.
Gráfica 6 Distorsiones armónicas para la prueba dos [Autores]
9.3 TERCERA PRUEBA
En la tercera prueba se utilizó como carga un electrodoméstico muy común dentro del
ámbito residencial: el televisor. Además de realizar los mismos protocolos de prueba
anteriores, se enfocó mucho en la confiabilidad del sistema, ósea en que la carga no
76
llegue a afectar su funcionamiento a pesar de realizar varios cambios de fuente en un
tiempo determinado.
Las variables eléctricas obtenidas en el transcurso de la prueba mediante el sistema de
medición y la interfaz web se pueden apreciar en la Figura 46 donde se observa un
nivel de corriente de 0.11 [A], por parte de la carga conectada a la red de distribución
de energía eléctrica. Además, en la Gráfica 7 se observa detalladamente el consumo
de las dos fuentes usadas para esta prueba durante un tiempo aproximado de 20
minutos, donde el televisor llego a tener un consumo de 7[W*h] conectado a la red
eléctrica.
Figura 46 Medición de la prueba tres desde la interfaz WEB[Autores]
Gráfica 7 Consumo energía prueba tres [Autores]
77
Dentro de la prueba se observa un comportamiento similar a las anteriores pruebas
donde ni la tensión ni la corriente se ven alterados por los cambios producidos en las
fuentes desde la interfaz web. La prueba duró un aproximado de 12 minutos, donde se
realizaron las conmutaciones a diferentes velocidades y tiempos, los cuales se pueden
observar más detalladamente en la Tabla 20, obteniendo por resultado un
comportamiento normal de la carga donde en ningún momento se presentó un apagado
de la misma.
HORA
MINUTO
DE LA
PRUEBA
NIVEL DE
TENSIÓN
[V]
PORCENTAJE
DE CAMBIO
DE NIVEL DE
TENSION [%] 21:06:00 0 118.5 NA
21:06:01 00:00:01 118.5 0
21:06:02 00:00:02 110.8 6.4978
21:06:03 00:00:03 107.8 2.7075
21:06:13 00:00:13 107.6 0.1855
21:06:14 00:00:14 118.8 10.4089
21:06:28 00:00:28 118.8 0
21:06:29 00:00:29 107.7 9.3434
21:07:10 00:01:10 107.7 0
21:07:11 00:01:11 118.8 10.3064
21:07:23 00:01:23 118.5 0.2525
21:07:24 00:01:24 107.7 9.1139
21:07:26 00:01:26 107.8 0.0928
21:07:27 00:01:27 119 10.3896
21:07:30 00:01:30 118.4 0.5042
21:07:31 00:01:31 107.6 9.1216
21:07:34 00:01:34 107.8 0.1858
21:07:35 00:01:35 118.4 9.833
21:07:51 00:01:51 118.8 0.3378
21:07:52 00:01:52 108 9.0909
21:08:00 00:02:00 107.9 0.0925
21:08:01 00:02:01 114.7 6.3021
21:08:02 00:02:02 119.2 3.9232
21:12:25 00:06:25 119.1 0.0838
21:12:26 00:06:26 109.2 8.3123
21:14:04 00:08:04 108.2 0.9157
21:14:05 00:08:05 119.1 10.0739
21:15:37 00:09:37 119.5 0.3358
21:15:38 00:09:38 108.7 9.0376
21:15:46 00:09:46 108.4 0.2759
21:15:47 00:09:47 120 10.7011
21:15:50 00:09:50 119.6 0.3333
21:15:51 00:09:51 108.8 9.0301
21:15:54 00:09:54 108.6 0.1838
21:15:55 00:09:55 119.6 10.1289
21:15:57 00:09:57 119.5 0.0836
21:15:58 00:09:58 108.7 9.0376
21:16:04 00:10:04 108.4 0.2759
78
21:16:05 00:10:05 119.7 10.4243
21:18:01 00:12:01 119.2 0.4177
21:18:02 00:12:02 108.5 8.9765
21:18:34 00:12:34 108.2 0.2764
21:18:35 00:12:35 119.4 10.3512
21:18:02 00:12:02 120.7 1.0887
PROMEDIO 4.9758
Tabla 20 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
tres
En la Gráfica 8 (Línea azul Tensión, línea verde Frecuencia y línea roja corriente) se
presenta un nivel de corriente que tiende a cero por breves instantes de tiempo no por
mal funcionamiento del dispositivo si no por el movimiento de la sonda de corriente
del analizador de redes.
Gráfica 8 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número tres [Autores].
De igual forma en la Gráfica 9 (THD tensión – línea azul y corriente- línea roja) se
presentaran los niveles porcentuales de los armónicos de corriente y tensión producidos
en los cambios a la fuente renovable implementada.
79
Gráfica 9 Distorsiones armónicas para la prueba tres [Autores]
9.4 CUARTA PRUEBA
Esta prueba fue realizada teniendo como carga una plancha para el cabello, la cuál
presenta un comportamiento de alto consumo de energía mientras se inicia su
calentamiento, y pasado un tiempo esta se estabiliza en un nivel de corriente.
Las variables eléctricas obtenidas en la prueba mediante el sistema de medición se
pueden apreciar en la Figura 47.
Figura 47 Medición de la prueba cuatro desde la interfaz WEB [Autores]
80
En la Gráfica 10 (Línea azul Tensión, línea verde Frecuencia y línea rosa corriente) se puede
observar el comportamiento de la prueba realizada por alrededor de siete (7) minutos
de duración, los cuales se pueden ver numéricamente en la Tabla 21. Los resultados
obtenidos mostraron un comportamiento resaltante en el nivel de corriente, el cual
presentaba un cambio de nivel al momento de realizar los cambios de fuente. Iniciando
en la primera conmutación, en el primer minuto (1) se observa una pequeña alteración
en la corriente de la carga, no tan profunda pero si visible. A pesar de eso al mantener
la carga en la fuente renovable vemos que el comportamiento de la corriente es normal
alrededor de los siguientes tres (3) minutos, ya que disminuye al alcanzar cierto nivel
de temperatura de la plancha. Pero al realizar los cinco (5) siguientes cambios,
alrededor del minuto cuatro (4) se observa como la corriente disminuyó por breves
instantes mientras estuviera en la fuente renovable. Los cambios en la medida de
corriente también fueron vistos dentro de la Interfaz del analizador de redes, por lo que
se intentó mover la sonda de corriente explicando el comportamiento de la corriente a
partir del minuto cinco (5). A pesar de que el funcionamiento de la sonda del analizador
no fue del 100% buena en los últimos minutos por movimientos en la misma, la
plataforma web con la ayuda de los medidores llego a un nivel de corriente alrededor
de los 0.4 [A], donde se estabilizó mientras la carga se encontraba encendida, llegando
a un nivel de temperatura estable de la plancha, alrededor de los 220 grados
centígrados.
Gráfica 10 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número cuatro [Autores].
81
HORA
MINUTO
DE LA
PRUEBA
NIVEL
DE
TENSIÓN
[V]
PORCENTAJE
DE CAMBIO
DE NIVEL DE
TENSION [%] 22:00:00 0 118.4 NA
22:01:02 00:01:02 118.9 0.4222
22:01:03 00:01:03 108.7 8.5786
22:03:37 00:03:37 108.8 0.0919
22:03:38 00:03:38 119 9.375
22:03:42 00:03:42 119.2 0.1680
22:03:43 00:03:43 109.1 8.4731
22:03:49 00:03:49 108.9 0.1833
22:03:50 00:03:50 118.9 9.1827
22:04:03 00:04:03 119.5 0.5046
22:04:04 00:04:04 109.2 8.6192
22:04:11 00:04:11 109.2 0
22:04:12 00:04:12 119 8.9743
22:06:40 00:06:40 119.4 0.3361
PROMEDIO 4.5757
Tabla 21 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
cuatro
En la Gráfica 11 (THD tensión-línea azul y corriente-línea roja) se observan los niveles
porcentuales de distorsión armónica, tanto para tensión como para corriente de la
prueba. Cabe resaltar que dentro del minuto dos (2) y minuto siete (7), donde se
presentaron los cambios de fuente de alimentación, el nivel porcentual de los armónicos
disminuyó al igual que los niveles de corriente.
Gráfica 11 Distorsiones armónicas para la prueba cuatro [Autores]
82
9.5 QUINTA PRUEBA
Esta prueba fue catalogada como una de las más importantes, ya que la carga utilizada
-un computador (portátil)- tiende a ser muy sensible a los cambios bruscos de tensión.
Además, esta carga se ha convertido en un electrodoméstico vital en cualquier hogar,
no solo dentro del país sino también del mundo, siendo esta una carga sensible. Como
ya se mencionó anteriormente, los resultados arrojados por esta prueba nos dan una
base de la veracidad del funcionamiento del prototipo ante el uso de este dentro del
ámbito residencial.
Figura 48 Medición de la prueba cinco desde la interfaz WEB [Autores]
La prueba duró alrededor de unos 15 minutos, donde al igual que las anteriores, se
realizaron cambios en la fuente de alimentación del computador portátil. Cabe aclarar
que este no tenía batería, ya que se tenía que observar el más mínimo cambio en el
funcionamiento de la carga.
En la Gráfica 12 (Línea azul Tensión, línea verde Frecuencia y línea rosa corriente), se puede
observar el comportamiento de la carga siendo este normal frente a los niveles de
tensión y corriente según la fuente a alimentar. Cabe agregar que aunque se realizaran
cambios bruscos de fuentes de alimentación a diferentes tiempos (Tabla 22) la carga
no se veía afectada en cuanto a su funcionamiento, por lo que no había un apagado de
la misma, resultado muy importante para el prototipo, ya que al ser una carga sensible,
porque que no se presente una alteración es signo del buen desempeño del mismo.
83
Gráfica 12 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número cinco [Autores].
HORA MINUTO DE LA
PRUEBA
NIVEL DE
TENSIÓN [V]
PORCENTAJE DE
CAMBIO DE NIVEL
DE TENSION [%]
22:20:00 0 119.8 NA
22:20:47 00:00:47 119.8 0
22:20:48 00:00:48 109.2 8.8480
22:21:07 00:01:07 108.9 0.2747
22:21:08 00:01:08 120 10.1928
22:21:11 00:01:11 120 0
22:21:12 00:01:12 116.4 3
22:21:13 00:01:13 109.1 6.2714
22:21:15 00:01:15 109.2 0.0916
22:21:16 00:01:16 120.1 9.98168
22:21:35 00:01:35 119.9 0.1665
22:21:36 00:01:36 111.3 7.1726
22:21:37 00:01:37 109.3 1.7969
22:25:37 00:05:37 109.8 0.4574
22:25:38 00:05:38 120.4 9.6539
22:25:48 00:05:48 119 1.1627
22:25:49 00:05:49 109 8.4033
22:25:52 00:05:52 111.3 2.1100
22:25:53 00:05:53 120 7.8167
22:25:56 00:05:56 120.1 0.0833
22:25:57 00:05:57 109.9 8.4929
22:26:00 00:06:00 110 0.0909
22:26:01 00:06:01 120.5 9.5454
22:31:12 00:11:12 120.8 0.2489
PROMEDIO 4.5648
Tabla 22 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
cinco
84
Para el análisis de los armónicos, según la Gráfica 13 (THD tensión- línea azul y
corriente- línea roja) se puede observar que los niveles de THD de tensión y de
corriente, como ya se había mencionado, presentan elevaciones en el momento del uso
del inversor.
Gráfica 13 Distorsiones armónicas para la prueba cinco [Autores]
9.6 SEXTA PRUEBA
La última prueba fue enfocada en el uso del botón de automático dentro de la página
web implementada, además de medir su capacidad de respuesta frente a una
desconexión completa de una de las fuentes conectadas.
La prueba se llevó a cabo usando como carga un bombillo incandescente que permitiera
de manera segura ver visualmente el comportamiento de la misma en ausencia de una
de las fuentes, en este caso de la red de distribución de energía eléctrica. En simples
palabras se trabajaría la fuente renovable como fuente de respaldo en caso de falla o
desconexión la red eléctrica.
Ya teniendo las pautas de la prueba, es importante comentar que el botón de automático
puede realizar una toma de decisiones de distintas formas, algunas de estas son:
A partir de la disponibilidad de carga eléctrica en la batería.
85
Por niveles de corriente por circuito, ya que se recomendaría tener medidores
en cada circuito, para realizar una toma de decisiones de acuerdo a la capacidad
de la fuente no convencional que el usuario pueda adquirir.
En caso de falla o desconexión de alguna de las fuentes.
Teniendo en cuenta estas formas de trabajo, el dispositivo maestro debe recibir esas
condiciones de operación al momento de la implementación del prototipo dentro de la
instalación eléctrica residencial.
Figura 49 Medición de consumo de la prueba seis desde la interfaz WEB [Autores]
La prueba duró a alrededor de ocho (8) minutos donde se realizaron cinco (5)
desconexiones de la red de distribución de energía eléctrica. Cabe aclarar que el botón
de automático se activa desde el inicio de la prueba, teniendo como condición de
trabajo el que si la tensión de la fuente eléctrica disminuye por debajo de los 110 [V]
se haga un cambio de fuente a la renovable. A partir de esto en la Gráfica 14 (Línea
azul Tensión, línea verde Frecuencia y línea rosa corriente) se observa cuando se realiza la
desconexión y el sistema implementado es capaz de realizar un cambio a la fuente
disponible en menos de 3 segundos, teniendo un rendimiento aceptable aunque no es
capaz de mantener la carga encendida. Los cambios se pueden apreciar numéricamente
en la Tabla 23.
86
Gráfica 14 Resultados obtenidos con analizador de redes Prueba número seis [Autores].
HORA
MINUTO
DE LA
PRUEBA
NIVEL DE
TENSIÓN
[V]
PORCENTAJE
DE CAMBIO
DE NIVEL DE
TENSION [%]
22:43:00 0 119.9 NA
22:44:56 00:01:56 119.6 0.2502
22:44:57 00:01:57 0 -
22:44:58 00:01:58 0 -
22:44:59 00:01:59 108.9 8.9464
22:45:53 00:02:53 108.9 0
22:45:54 00:02:54 118.1 8.4481
22:46:17 00:03:17 119.5 1.1854
22:46:18 00:03:18 0 -
22:46:19 00:03:19 0 -
22:46:20 00:03:20 109.2 8.6192
22:46:33 00:03:33 108.9 0.2747
22:46:34 00:03:34 119.8 10.0091
22:47:57 00:04:57 119.5 0.2504
22:47:58 00:04:58 0 -
22:47:49 00:04:49 0 -
22:48:00 00:05:00 109.4 8.4518
22:48:10 00:05:10 109.7 0.2742
22:48:11 00:05:11 119.7 9.1157
22:48:44 00:05:44 119.4 0.2506
22:48:45 00:05:45 0 -
22:48:46 00:05:46 0 -
22:48:47 00:05:47 105.1 11.9765
22:48:49 00:05:49 109.3 3.9961
22:49:07 00:06:07 109.2 0.0914
87
22:49:08 00:06:08 119.5 9.4322
22:49:23 00:06:23 119.4 0.0836
22:49:24 00:06:24 84 29.6482
22:49:25 00:06:25 69 17.8571
22:49:26 00:06:26 109.5 58.6956
22:49:50 00:06:50 108.9 0.5479
PROMEDIO 8.9716
Tabla 23 Porcentajes de variación del nivel de tensión de las fuentes implementadas prueba
seis
La Gráfica 15 (THD tensión- línea azul y corriente- línea roja) muestra un comportamiento
similar a las anteriores pruebas, donde el nivel de armónicos se ve incrementado al
momento del uso de la fuente renovable. Aunque cabe destacar que para esta prueba,
el nivel de armónicos en cuanto a corriente no presenta un elevado incremento.
Gráfica 15 Distorsiones armónicas para la prueba seis [Autores]
9.7 Resumen de las pruebas:
Prueba 1: Carga implementada cargador de celular y maquina depiladora.
Prueba 2: Carga implementada cargador de celular, maquina depiladora y
bombillo de 60[W].
88
Prueba 3: Carga implementada televisor.
Prueba 4: Carga implementada plancha para el cabello.
Prueba 5: Carga implementada Computador portátil sin batería.
Prueba 6: Carga implementada bombillo de [60W], desconexión total de
fuente.
TABLA RESUMEN PRUEBA
ASPECTOS A EVALUAR 1 2 3 4 5 6 OBSERVACIONES
¿SE PRODUJO ALGUN APAGADO DE LAS CARGAS DURANTE LA
CONMUTACION? NO NO NO NO NO NO
Siendo este uno de los aspectos más importantes a evaluar durante la operación
del sistema se puede mencionar que el
sistema funciona de acuerdo a lo esperado ya que en
ningún momento en los que se realizaron las
conmutaciones se produjo una desconexión total de la
carga conectada.
¿LOS NIVELES DE TENSION SE MANTUVIERON ESTABLES DURANTE
LAS PRUEBAS? SI SI SI SI SI N/A
A pesar de que el porcentaje de variación del nivel de
tensión, para las primeras 5 pruebas fue
aproximadamente el 4 % esto se atribuye al hecho de que
el inversor implementado no posee una salida de 120
voltios AC sino de 110 voltios AC.
¿EXISTIERON CAMBIOS DE CORRIENTE DURANTE LAS
CONMUTACIONES? N/A NO NO SI NO NO
En la prueba número cuatro (4) existieron cambios de
corriente en los momentos en los que se realizaban las conmutaciones entre las dos fuentes, por la razón de que la carga intentaba estabilizar su nivel de corriente cuando
entraba la fuente renovable a alimentar la misma, ya que al ser una plancha busca llegar a
un nivel de temperatura
89
estable según el gusto del usuario.
¿LOS MEDIDORES FUNCIONARON CORRECTAMENTE DURANTE LA
EJECUCION DE LA PRUEBA? SI SI SI SI SI SI
Durante la ejecución de todas las pruebas el sistema de
medición fue capaz de censar los parámetros
eléctricos de cada una de las cargas aun en los momentos
donde se realizaron as conmutaciones a las diferentes fuentes
AUMENTO EN NIVELES DE ARMONICOS
SI SI SI SI SI SI
Los niveles de armónicos se vieron aumentados en los
momentos de la inclusión de la fuente renovable
especialmente por el uso del inversor
alrededor de un 30% para el THD de tensión y hasta un 3%
en el caso de la corriente, esto representaría según las
normas actuales un dimensionamiento de
conductores mayor para el uso del inversor, ya que entre alguno de los efectos de los armónicos se encuentra el
sobrecalentamiento del neutro.
Tabla 24 Tabla resumen de las pruebas
9.8 Análisis de resultados según enfoques:
Uno de los principales objetivos de este proyecto es que está enfocado al desarrollo
sostenible del país. Es por ello que es de vital importancia realizar unos análisis
orientados a hacer un balance entre aspectos energéticos, económicos, sociales y
medioambientales, por lo cual los indicadores que se establecen en este proyecto se
enfocan a esos cuatro (4) aspectos anteriormente mencionados, los cuales se explicara
más detalladamente a continuación.
9.8.1 Enfoque Medio Ambiental
El proyecto está ligado inicialmente a la promoción de las fuentes de energía no
convencionales especialmente las de carácter renovable, por lo cual el enfoque medio
ambiental está incluido en los beneficios que conlleva el uso del prototipo. Si el uso
90
del mismo se realiza de forma masiva, podría llegar a tener un impacto positivo en el
medio ambiente, al crear una disminución de nuevos centros de generación de energía
eléctrica, como centrales hidroeléctricas y térmicas (las cuales constituyen más del el
99.32% de la generación de energía eléctrica del país), por incrementos en la demanda
del país, los cuales podrían ser solventados o reducidos por el uso del prototipo en
relación con fuentes no convencionales. De esta forma disminuirían los daños
colaterales al medio ambiente ligados a dichas construcciones, como por ejemplo:
Daños a hábitats naturales incluyendo fauna y flora asociada.
Contaminación por uso de combustibles fósiles.
Uso de recursos naturales de manera indiscriminada.
9.8.2 Enfoque Económico
Dentro de los propósitos del desarrollo del proyecto se encuentra un punto muy
relevante en la posible instalación del prototipo dentro de un hogar colombiano y es la
parte económica. Fundamentalmente se busca proponer el menor costo posible para la
instalación completa del prototipo. Por esto mismo, a continuación se recopilarán un
promedio de los costos de las instalaciones eléctricas en la parte residencial actuales,
Tabla 25.
Cantidad deacuerdo al
ítem según Tipo de
instalación
Totales
ITEM Precio (promedio) Apartamento Casa Apartamento Casa
Salidas
iluminación $ 56,256.00 12 30 $ 675,072.00 $ 1,687,680.00
salidas para
tomacorriente
normal
$ 41,053.00 17 27 $ 697,901.00 $ 1,518,912.00
salidas para
tomacorriente
GFCI
$ 64,971.00 3 5 $ 194,913.00 $ 281,280.00
Salida
Extractor $ 41,053.00 1 1 $ 41,053.00 $ 56,256.00
Salida timbre $ 70,883.00 1 1 $ 70,883.00 $ 56,256.00
Tablero de
distribución 1 1 $ 193,137.00 $ 318,000.00
Total $ 1,872,959.00 $ 3,918,384.00
Tabla 25 Costos promedio de las instalaciones eléctricas actuales. (Precios a octubre de 2016)
[Autores]
Los precios que se observan en la Tabla 25 son exentos de mano de obra, e incluyen el
IVA, además de ser costos promedio determinados por proyectos elaborados en
91
empresas de desarrollo de instalaciones eléctricas como lo son Diamante ingeniería
[36] y COINTELCO [37] por parte de los autores, teniendo dos diferentes perspectivas,
tanto para apartamentos entre sus 50 y 80 metros cuadrados hasta casas de más de 100
metros cuadrados. Ahora bien a los costos totales de la instalación se les debe agregar
un costo adicional determinado por los costos individuales de cada una de las fases de
la producción del prototipo, y estos se pueden observan en la Tabla 26 que corresponde
al presupuesto del sistema implementado
92
El presupuesto va a ser dividido en dos diferentes prototipos implementados. El primero fue desarrollado para la primera calibración que se realizó
de los medidores de energía, pero presento una falla causada por un cortocircuito al momento de unir dos de los caminos de soldadura del prototipo,
los cuales se encontraban cerca uno del otro. El segundo prototipo es el prototipo final que se diseñó y construyó, de manera que los caminos de
soldadura se encontraran mucho más alejados uno del otro. Adicional a esto se anexaron dos fusibles.
PRIMER PROTOTIPO SEGUNDO PROTOTIPO
ELEMENTO UNIDAD VALOR UNITARIO (PESOS) CANTIDAD VALOR TOTAL CANTIDAD VALOR TOTAL
ARDUINO® MEGA UN $120.000 1 $120.000 NA NA
ARDUINO® UNO UN $75.400 NA NA 1 $75.400
ADE7763 UN $27.500 2 $55.000 2 $55.000
ACS714 UN $21.000 2 $42.000 2 $42.000
RESISTENCIA UN $50 15 $750 15 $750
CONDENSADORES UN $100 10 $1.000 10 $1.000
BAQUELA UN $15.000 1 $15.000 1 $15.000
ESTAÑO ML $1.000 10 $10.000 10 $10.000
CREMA PARA SOLDAR UN $500 1 $500 1 $500
RELES DE ESTADO SOLIDO UN $50.000 NA NA 2 $100.000
TABLERO UN $20.000 NA NA 1 $20.000
ACRILICO UN $15.000 1 $15.000 NA NA
BREAKER UN $14.000 1 $14.000 2 $28.000
RELE ELECTROMECANICO UN $12.000 1 $12.000 NA NA
CONMUTADOR UN $1.200 1 $1.200 NA NA
TRANSISTOR UN $200 3 $600 3 $600
CABLE #12 ML $1.200 2 $2.400 3 $3.600
CABLE delgado ML $500 5 $2.500 5 $2.500
TOTAL, POR PROTOTIPO $171.950 $354.350
TOTAL, IMPLEMENTADO EN LOS DOS PROTOTIPOS $ 526.300 Tabla 26 Presupuesto (Precios a octubre de 2016) [Autores]
93
Para evitar los inconvenientes producidos con el prototipo uno es conveniente realizar
un diseño usando circuitos impresos de alta calidad hasta de dos o tres capas, para evitar
interconexiones entre los caminos de cada uno de los integrados. De esta forma, el
sistema de medición tomaría dimensiones menores hasta de 3x3 centímetros de área
total como se ve en la Figura 50. El propósito de estos dispositivos y de su tamaño, es
la de generar un acople tanto con el dispositivo maestro como con los conductores de
cada uno de los circuitos a medir, de una forma más segura y sencilla.
Figura 50 Proyección circuito medidor ADE7763 3x3cm
Al minimizar las dimensiones de los dispositivos de medición se puede generar un
costo agregado al prototipo en general, el cual incluirá el costo aproximado de las
adecuaciones del circuito tanto para los medidores como para el Arduino®. Cabe
mencionar que los costos de dichas adecuaciones pueden ser menores en construcción
en masa de los dispositivos.
ITEM COSTO
Placa para la conexión de los
dispositivos de medición sobre el
Arduino®
$90.000
Diseño y construcción de dos
Circuitos de medición en doble
capa de dimensiones de 3 x 3[cm]
(sin incluir materiales)
$480.000
Tabla 27 Costos circuitos impresos (Precios a octubre de 2016).
Adicional a los costos de los circuitos impresos, también existen otros ligados a
diferentes situaciones dentro de la instalación eléctrica como lo es la ubicación por
normatividad de los dispositivos o incluso el uso del servidor y la capacidad de este
para guardar la información del usuario. Por esto en la Tabla 28 se mencionan y se
describen brevemente los puntos anexos al prototipo para su instalación final, y en la
Tabla 29 se resumen los costos totales del dispositivo construido con circuitos impresos
de alta calidad.
94
Ítem Precio Descripción
Servidor $10,000.00
El uso del servidor es de vital importancia para el usuario ya que
va
a ser el lugar de almacenamiento de la información de cada
cliente, además de que la plataforma completa estará montada
directamente sobre este, cabe agregar que la idea del uso del
prototipo es consolidar una empresa encargada de generar el
mantenimiento y dirección del mismo para efectuar unos costos
anexos con mayor facilidad, además de menores en comparación a
si el usuario incluyera el prototipo de manera individual.
Tablero de
conmutación y
adquisición de
datos, con
comunicación
ethernet
$320,000.00
Para el uso de la instalación de los dispositivos de control y
supervisión de la instalación
es vital desde el punto de vista de los autores realizar la
instalación de un tablero adyacente al tablero de distribución de
los circuitos el cual tendrá como función principal agrupar los
dispositivos y aislarlos, para evitar accidentes para el usuario
directamente, además de realizar la conexión del sistema maestro
mediante comunicación ethernet a un router de la red disponible,
para esto se sugiere utilizar sistemas de comunicación por línea de
potencia para evitar cableados y cambios dentro de la instalación
propia.
Mantenimiento $10,000.00
El mantenimiento es de vital importancia para el usuario para
tener una administración eficiente de su información
además de asegurar el buen funcionamiento de los dispositivos de
conmutación los cuales establecen la posibilidad de trabajo del
prototipo, como empresa se debería cobrar un mantenimiento o
agregar un precio a dicho servicio.
Tabla 28 Costos anexos para la instalación del prototipo
Costo/Tipo de instalación Apartamento Casa
Costo instalación $ 1,872,959.00 $ 3,918,384.00
Costo prototipo con circuitos
impresos $ 924,350.00 $ 924,350.00
Costo anexo por tablero y
conexión ethernet via PLC
$ 320,000.00 $ 320,000.00
Mantenimiento/servidor[mes] $ 20,000.00 $ 20,000.00
Total $ 3,057,309.00 $ 5,102,734.00
Tabla 29 Costo total proyectado sin incluir mano de obra
Cabe agregar que los costos anexos son desde el punto de vista de la creación de una
empresa encargada de realizar la instalación y supervisión de todos los prototipos que
se pudieran implementar, ya que si un usuario individualmente instalara el prototipo
debería realizar pagos individuales del servidor según su gusto y facilidad económica,
además de tener en cuenta el mantenimiento del prototipo, lo que crearía un incremento
en los costos finales para este usuario individual. Igualmente, cabe aclarar que entre los
costos No se tiene en cuenta el valor de la fuente no convencional a usar.
95
El prototipo implementado en este trabajo tiene un precio de $924.350, pero si se
analiza el sistema para su posible venta al público, se debería modificar dicho valor
según ciertos puntos:
A. Se deben obviar los costos de la tabla 27 referentes a elementos de soldadura y
protección, ya que el circuito impreso reemplazara dichos elementos y dentro
de la residencia deben existir las diferentes protecciones de cada circuito, por
valor de $73,500 pesos colombianos.
B. Si se realiza la producción en masa de los circuitos impresos, tanto de los
medidores como de la placa de conexión para los mismos, los precios pueden
disminuir hasta un 15%, reduciendo su precio final a $484,500 para dos
medidores con la placa de conexión.
Teniendo en cuenta las anteriores modificaciones el precio final para la venta al público
del sistema de gestión con dos medidores y un juego de conmutación para un circuito
puede llegar a ser de $765,350.
Costo Beneficio
Costo económico del prototipo
incluyendo costos anexos $765.350
Incentivar y apoyar el proceso de uso de energías
no convencionales
dirigidas a proteger el medio ambiente.
Operación de su instalación de manera versátil a
partir de uso de comunicación vía internet.
Ahorro progresivo según la capacidad en la
fuente de energía no convencional.
Disponibilidad de energía eléctrica sin la
conexión de un operador de red.
Tabla 30 Beneficio Costo [Autores]
Además de los beneficios mencionados en cuanto al uso del prototipo en conjunto con
las energías renovables propuesto, existen otros incentivos directamente relacionados
con la parte legislativa del país que conceden diferentes beneficios de acuerdo al nivel
y/o capacidad de la fuente implementada y el uso de la misma. Todo se encuentra
mencionado en la ley 1715 [2], por lo que a continuación se resumirán los incentivos
delimitados en la misma:
Articulo Incentivo ARTICULO 8 PROMOCIÓN DE LA
AUTOGENERACIÓN A PEQUEÑA Y
GRAN ESCALA Y LA GENERACIÓN
DISTRIBUIDA
Este articulo autoriza la entrega de excedentes
de energía los cuales se reconocerán, mediante
un esquema de medición bidireccional, como
créditos de energía, los cuales podrán negociar
al igual que sus derechos inherentes a los
mismos con terceros naturales o jurídicos, según
las normas que la CREG defina para tal fin.
96
ARTÍCULO 10. FONDO DE ENERGÍAS
NO CONVENCIONALES Y GESTIÓN
EFICIENTE DE LA ENERGÍA (FENOGE).
Se creará un Fondo de Energías No
Convencionales y Gestión Eficiente de la
Energía con el fin de patrocinar y financiar
programas de fuentes de energía no
convencionales y gestión de la energía, por parte
de entidades públicas o privadas, así como por
organismos de carácter multilateral e
internacional.
Como parte importante del proyecto se puede
mencionar que los recursos del Fondo podrán
financiar parcial o totalmente, programas y
proyectos dirigidos al sector residencial de
estratos 1, 2 y 3, para la implementación de
mejoras de eficiencia energética mediante la
promoción de buenas prácticas, equipos de uso
final de energía, adecuación de instalaciones.
Internas y remodelaciones arquitectónicas.
ARTÍCULO 11. INCENTIVOS A LA
GENERACIÓN DE ENERGÍAS NO
CONVENCIONALES.
En este artículo se menciona que los obligados a
declarar renta que realicen directamente
inversiones en este sentido, tendrán derecho a
reducir anualmente de su renta, por los 5 años
siguientes al año gravable en que hayan
realizado la inversión, el cincuenta por ciento
(50%) del valor total de la inversión realizada.
ARTÍCULO 12. INSTRUMENTOS PARA
LA PROMOCIÓN DE LAS
FNCE. INCENTIVO TRIBUTARIO IVA
Los equipos elementos, maquinaria y servicios
nacionales o importados que se destinen al uso
de las fuentes no convencionales, así como para
la medición y evaluación de los potenciales
recursos estarán excluidos de IVA.
ARTÍCULO 13. INSTRUMENTOS PARA
LA PROMOCIÓN DE LAS ENERGÍAS
RENOVABLES. INCENTIVO
ARANCELARIO
Quienes sean titulares de proyectos relacionados
con la temática de gestión eficiente de la energía
y uso de fuentes no convencionales de energía
son exentos del pago de derechos arancelarios
de importación de los equipos o materiales
utilizados para el desarrollo del proyecto.
ARTÍCULO 14. INSTRUMENTOS PARA
LA PROMOCIÓN DE LAS
FNCE. INCENTIVO CONTABLE
DEPRECIACIÓN ACELERADA DE
ACTIVOS.
La maquinaria, equipos y obras civiles
necesarios para la generación usando fuentes de
energía no convencionales gozaran de una
depreciación acelerada con una tasa anual no
mayor al 20% como tasa global anual.
Tabla 31 Incentivos para el uso de fuentes de energia renovable ley 1715 [2]
97
9.8.3 Ahorro energético
Uno de los beneficios más importantes del uso del prototipo dentro de una instalación
eléctrica residencial como se ve en la Tabla 30, es un ahorro progresivo en cuanto al
uso de energía eléctrica proveniente del operador de red en cada uno de los casos en el
país. Ahora bien, este ahorro dependerá de la fuente de energía no convencional a
conectar a la instalación. Para mostrar un breve ejemplo entre las pruebas que se
realizaron, se trabajó con una batería de 18[A*h] la cual puede ser recargada de
diferentes formas, ya sea con la ayuda de un sistema fotovoltaico, eólico, hidráulico,
hasta la fuerza motriz de una persona a partir del uso de una bicicleta estática en casa,
etc. Esta fuente es capaz de generar un ahorro progresivo al momento de que el sistema
realice una conmutación, ya sea por disponibilidad de la misma o porque el consumo
que se está realizando el momento es de bajo impacto y puede ser suplido mediante la
misma. A partir de esto y del uso del sistema de adquisición de datos se puede obtener
el precio de la energía ahorrada en el lapso de tiempo que el usuario disponga de la
energía no convencional. En la Gráfica 16 se observa la capacidad de almacenamiento
que tiene el sistema de medición en conjunto con una base de datos para las diferentes
pruebas realizadas. Además, se visualizan los consumos de cada una de ellas
exceptuando las dos primeras, donde se puede observar la comparación entre el
consumo de las dos fuentes implementadas para cada escenario.
Gráfica 16 Consumo energía para las pruebas tres, cuatro, cinco y seis [Autores]
Desde el punto de vista de ahorro de energía, para este ejemplo se toma el consumo
total de las pruebas mostradas en la Gráfica 16 que es de 34[W*h]. A partir de este
dato se logra estimar que alrededor del 35% del consumo total de energía eléctrica en
las pruebas fue suplido por la fuente de energía renovable y el 65% restante por la
energía proveniente de la red de distribución de energía eléctrica, por lo que en
términos de energía se tendría 11.9 [W*h] de ahorro durante la duración de las pruebas,
equivalentes al 35% mencionado anteriormente.
98
9.8.4 Enfoque Social
9.8.4.1 Confiabilidad y disponibilidad:
Para tener claro el término de confiabilidad, se definirá como la probabilidad de
ocurrencia de fallas dentro del prototipo en un tiempo determinado, y el término de
disponibilidad será el tiempo y la posible operación de los equipos para que el usuario
reciba un servicio de energía adecuado y constante. Por esto es indispensable realizar
un cuadro donde se recopilen las posibles fallas dentro del funcionamiento del
prototipo, y como estas son solucionadas teniendo la premisa de no cortar en ningún
momento el suministro de energía eléctrica:
Fallas Soluciones
Desconexión
de una de las
fuentes
a alimentar
El sistema implementado tiene por defecto el uso de la red en cualquier tipo
de falla dentro del prototipo, es decir, que si existe una falla con el sistema
de adquisición de datos, sistema de conmutación, pagina web, comunicación
o de la fuente no convencional, el usuario no perderá la energía de su
instalación ya que el sistema implementado asignará todas las cargas a la
energía proveniente del operador de red.
Pero cabe agregar que, si la Red eléctrica es la que presenta una falla, el
sistema es capaz de realizar un cambio a la fuente de energía renovable si
esta tiene disponible su energía y es capaz de suplir la carga conectada, así
como se observa en el caso de la prueba número seis (6) realizada.
Fallo en el
sistema
de control y
adquisición
de datos
Ya que el Arduino® es el cerebro de la instalación, si a este le ocurre un
fallo, la red y la comunicación queda deshabilitada pero el sistema es capaz
de cambiar a la fuente de energía de la red eléctrica partir del uso de
enclavamientos en el sistema de conmutación que permitan el
funcionamiento de los relés de estado sólido.
Nota importante: Cabe aclarar que para que los enclavamientos funcionen
al igual que los relés se debe hacer uso de una batería de suplencia de 5[V]
Fallo en los
relés de
estado
solido
Si ocurre un fallo en los relés de estado sólido, es de vital importancia dejar
la posibilidad de cambio de fuente manualmente, que permita al usuario
realizar un cambio y seguir con sus actividades corrientes en el día. Cabe
añadir que la probabilidad de fallo de estos dispositivos es mínima, además
de que según el concepto de los autores se debe tener un relativo
mantenimiento de los mismos a lo largo de seis (6) meses.
Fallo en el
servidor
Si es el servidor el que falla, la instalación debería funcionar normalmente,
ya que el Arduino® es capaz de realizar los cambios necesarios sin el uso de
la conexión al servidor, por lo que la única funcionalidad que entraría en
falla seria el muestreo de datos al usuario en tiempo real.
Tabla 32 Posibles fallas del sistema [Autores]
99
9.8.4.2 Flexibilidad
Flexibilidad es la capacidad que tiene la instalación de adaptarse a cambios. Este
prototipo tiene la gran ventaja de ofrecer al usuario la flexibilidad de alimentar su
instalación con dos fuentes de energía diferentes de manera manual o automática, lo
que le proporciona al usuario una gran ventaja en cuanto a la falla de alguna de las dos
fuentes, pues puede obtener un respaldo de la otra fuente haciendo que además de
flexible, la instalación se convierta en confiable.
Adicional a lo anterior, uno de los incentivos más grandes es tener la posibilidad de
alimentar unos circuitos con una fuente u otra, haciendo que el usuario sea menos
dependiente de alguna de ellas, como ha sido siempre con la red de distribución de
energía eléctrica. Lo que ha ocasionado que si ocurre una falla el usuario no pueda
hacer nada al respecto, sino que tiene que quedarse siempre a la espera de que el
operador de red sea el que actúe en ese caso, haciendo que interrumpa las actividades
que esté realizando en ese momento, lo cual no es óptimo para el mismo. Además que
a largo plazo, el hecho de que el usuario pueda tener una fuente de energía renovable
en su instalación puede hacer un gran ahorro en el bolsillo del mismo sin que sienta la
presión de quedarse sin energía por una u otra fuente, ya que como se había mencionado
antes, se va a tener una fuente de respaldo.
9.8.5 Enfoque Energético
9.8.5.1 Tiempos de respuesta:
Dentro de los resultados más importantes está el comportamiento de los sistemas de
conmutación los cuales deben presentar una operación eficiente en cuanto a tiempos de
operación entre cambios de fuente, para que las cargas alimentadas dentro de la
instalación desarrollada no pierdan continuidad en su trabajo.
Para medir los tiempos aproximados de respuesta, se tomó dos de las pruebas que se
realizaron las pruebas son la numero cinco (5) y número seis (6).
Para la prueba número cinco (5) se observó dentro del software asociado al analizador
de redes (TOPview) que el cambio completo entre un nivel de tensión y otro no
sobrepasa un segundo, pero la herramienta no es capaz de estipular los milisegundos,
ya que según la hoja de especificaciones el trabajo de los relés es en microsegundos
para lograr que las cargas no sienten algún cambio brusco en su operación y no
presenten un apagado repentino. No obstante, es de vital importancia agregar el tiempo
entre la señal de envió de operación que es aproximadamente de dos segundos, hasta
el cambio completo de fuentes que tomaría menos de un segundo.
100
Gráfica 17 Tiempos de respuesta prueba cinco (5) [Autores]
Para la prueba seis (6) se obtuvo según el analizador de redes un tiempo de reconexión
a la fuente renovable menor a 5 segundos, pero también se realizó una prueba al mismo
tiempo con la ayuda de un cronometro y este marco un tiempo de reconexión entre 2 y
3 segundos diferente al mostrado en analizador de redes.
Gráfica 18 Tiempo de respuesta prueba seis (6) [Autores]
101
10. LIMITACIONES
A continuación, se resaltarán las limitaciones del prototipo implementado.
Inconsistencia en lecturas de niveles de tensión menores a 20[V] y en corriente
menores a 10[mA].
Fallo por corrientes superiores a los límites permitidos en los sensores de
corriente. Para el caso del prototipo 20 [A] para la red eléctrica y 5 [A] para la
fuente no convencional.
Limitación para alimentación de algunas cargas según la fuente no
convencional a usar. Para el caso de las pruebas realizadas, máximo 300[W]
siendo esta la máxima potencia de salida del inversor implementado.
Capacidad límite de espacio para almacenar información en el servidor.
Necesidad de inclusión de batería de suplencia de 5[V] para alimentación de
los relés en caso de fallo.
El sistema no es lo suficientemente rápido para hacer un respaldo sin tener un
apagado total de la instalación por falta de una de las fuentes.
102
11. PROYECCION Y TRABAJOS FUTUROS
11.1 Proyección Futura
El proyecto inicialmente fue ideado con la finalidad de formar una empresa, ya que se
considera que de acuerdo al estado actual del planeta en lo que ambiental y
energéticamente se refiere, es de vital importancia integrar opciones de suplencia de
energía eléctrica con fuentes de carácter renovable por medio de una instalación
eléctrica gestionable que utilice fuentes de energía eléctrica de carácter renovable.
El sistema propuesto ofrece a los usuarios flexibilidad y una mayor confiabilidad en la
instalación, pues tienen la opción de elegir cual fuente puede alimentar los circuitos de
la misma. Y no solo eso, sino que además se podría considerar la fuente de energía
renovable como una fuente de respaldo en la que si llegase ocurrir una contingencia
por parte de la red de distribución de energía eléctrica, el sistema actuaria
automáticamente tardando no más de 3 segundos en conectar la fuente renovable.
Aunque haciendo una visión aún más grande del proyecto, el hecho de que varios
usuarios adopten el uso de este tipo de instalación eléctrica podría llegar a ser muy
benéfico para el país, ya que como se había explicado en el planteamiento del problema,
muchas veces se utilizan plantas generadoras de suplencia para responder a la demanda
de energía eléctrica nacional en ciertos picos que se presentan más o menos en horarios
de 19 a 21 pm como se muestra en la Figura 5, lo que lleva a que se desperdicie la
capacidad instalada de las mismas y, que además se contamine el medio ambiente
porque muchas de esas plantas son térmicas y usan combustibles fósiles para su
funcionamiento. En cambio, con el uso del prototipo se podría llegar a aplanar esa curva
y a evitar el uso de esas plantas que podrían utilizarse no como suplencia, si no para
llegar a vender energía eléctrica a los países cercanos.
Partiendo del hecho que se espera que la demanda de energía de cada instalación se
supla el 50% por parte de la red de distribución de energía eléctrica y el otro 50% por
parte de la fuente de energía renovable, a continuación se muestra una tabla de
proyección de ahorro de energía por parte de la red de distribución de energía eléctrica
supliendo esta cantidad con lo que aportaría las fuentes renovables. Inicialmente se
tomó una cantidad de usuarios residenciales que optarían por utilizar la instalación
eléctrica gestionable y haciendo un promedio del consumo de cada usuario de 120 kWh
(aproximado que se realizó de acuerdo a lo que se consume en los hogares de familiares
y de los autores con el mismo estrato), se multiplicaría esta cantidad de usuarios por el
promedio de consumo de energía por el 50%, que es lo que inicialmente se tiene
visualizado. Esto da como resultado la energía total ahorrada, que es realmente lo que
103
estaría aportando la fuente de energía renovable. Esto se realizó variando la cantidad
de usuarios y haciendo un estimado como se explicó anteriormente (Tabla 33).
No. CASAS
QUE
ADOPTEN
UTILIZAR
EL
PROTOTIPO
ENERGÍA
CONSUMIDA
PROMEDIO
X CASA
CONSUMO
MES kWh
kWh
MENSUAL
CONSUMIDA
POR
COLOMBIA
Aprox. (UPME
PROYECCIÓN
DEMANDA
JUNIO 2016)
ENERGIA
TOTAL
AHORRADA
POR USO
DEL
PROTOTIPO
ENERGÍA
SUMINISTRADA
POR LA RED DE
DISTRIBUCION
DE ENERGIA
ELÉCTRICA
%
ENERGÍA
AHORRADA
10 120 5.733.000 600 5.732.400 0,0105%
20 120 5.733.000 1.200 5.731.800 0,0209%
30 120 5.733.000 1.800 5.731.200 0,0314%
40 120 5.733.000 2.400 5.730.600 0,0419%
50 120 5.733.000 3.000 5.730.000 0,0523%
60 120 5.733.000 3.600 5.729.400 0,0628%
70 120 5.733.000 4.200 5.728.800 0,0733%
80 120 5.733.000 4.800 5.728.200 0,0837%
90 120 5.733.000 5.400 5.727.600 0,0942%
100 120 5.733.000 6.000 5.727.000 0,1047%
150 120 5.733.000 9.000 5.724.000 0,1570%
200 120 5.733.000 12.000 5.721.000 0,2093%
250 120 5.733.000 15.000 5.718.000 0,2616%
300 120 5.733.000 18.000 5.715.000 0,3140%
350 120 5.733.000 21.000 5.712.000 0,3663%
400 120 5.733.000 24.000 5.709.000 0,4186%
450 120 5.733.000 27.000 5.706.000 0,4710%
500 120 5.733.000 30.000 5.703.000 0,5233%
550 120 5.733.000 33.000 5.700.000 0,5756%
600 120 5.733.000 36.000 5.697.000 0,6279%
650 120 5.733.000 39.000 5.694.000 0,6803%
700 120 5.733.000 42.000 5.691.000 0,7326%
750 120 5.733.000 45.000 5.688.000 0,7849%
800 120 5.733.000 48.000 5.685.000 0,8373%
850 120 5.733.000 51.000 5.682.000 0,8896%
900 120 5.733.000 54.000 5.679.000 0,9419%
950 120 5.733.000 57.000 5.676.000 0,9942%
1000 120 5.733.000 60.000 5.673.000 1,0466%
2000 120 5.733.000 120.000 5.613.000 2,0931%
3000 120 5.733.000 180.000 5.553.000 3,1397%
4000 120 5.733.000 240.000 5.493.000 4,1863%
104
5000 120 5.733.000 300.000 5.433.000 5,2329%
6000 120 5.733.000 360.000 5.373.000 6,2794%
7000 120 5.733.000 420.000 5.313.000 7,3260%
8000 120 5.733.000 480.000 5.253.000 8,3726%
9000 120 5.733.000 540.000 5.193.000 9,4192%
10000 120 5.733.000 600.000 5.133.000 10,4657%
20000 120 5.733.000 1.200.000 4.533.000 20,9314%
Tabla 33 Proyección de uso del prototipo en hogares [1]
Otro punto importante a destacar es que el trabajo desarrollado abrirá las puertas a la
generación distribuida y al trabajo con diferentes tarifas horarias de energía, que si aún
no están activas en el país, estas pueden ser implementadas con la posibilidad de venta
de excedentes de energía al usuario. El prototipo condicionado a ciertas operaciones
según las horas del día, además de incorporar el medidor que puede ser acondicionado
para trabajo bidireccional, puede ser una herramienta óptima para estos nuevos
desarrollos en el país.
11.2 Trabajos Futuros
De acuerdo al trabajo realizado en el presente proyecto, surgieron propuestas de las que
podrían mejorar el progreso del proyecto base. Algunas de estas son:
Medidor bidireccional: convendría mucho el uso de un medidor con esta
cualidad ya que en desarrollos futuros en los que el usuario residencial puede
llegar a ser un cogenerador, sería de vital importancia medir tanto la energía
que se está consumiendo como la que también se está entregando. Esto se logra
reemplazando el medidor de corriente manejado (el ACS714), por otro
medidor de corriente que se pueda utilizar bidireccionalmente y ajustando el
circuito para que se acople de igual manera.
Mejorar la eficiencia energética de la instalación eléctrica, tomando como base
el prototipo desarrollado e incluyendo una alimentación de corriente directa
(DC), ya que hay varias cargas de nuestra vida cotidiana que son alimentados
por corriente directa, y omitiría el uso de inversores, de los cuales se vio que
generan una gran distorsión armónica en los equipos.
Implementación de un sistema experto que se adecue automáticamente a las
necesidades del entorno futuro, donde se cambie de consumidor a generador
dependiendo de las condiciones del mercado.
105
Establecer un marco reglamentario en el que se normalice el uso de este tipo
de instalaciones, para que la incorporación de la misma al mercado sea segura
y confiable con el fin de mejorar la calidad de vida del usuario.
Mejorar el alcance del medidor de energía, haciéndolo más completo al incluir
otros detalles específicos como lo son el factor de potencia, potencia activa,
potencia reactiva, potencia aparente, entre otros.
Incorporación al prototipo de tecnologías en paneles solares para el uso a nivel
residencial, orientado siempre mejorar la gestión eficiente de la energía con el
uso de fuentes de energía renovables.
106
12. CONCLUSIONES
El prototipo puede ser propuesto como un sistema de medida reglamentado para
el trabajo como un sistema de gestión eficiente de energía, además de participar
en los incentivos que propone la ley 1715. De igual forma, cabe mencionar que
las normas vigentes en cuanto a las instalaciones eléctricas permiten la
inclusión de forma sencilla del sistema de control y supervisión mediante el uso
de tableros con señalización y elementos de cableados específicos para tal
objetivo.
De acuerdo al desarrollo del proyecto y la normatividad actual, se determina
que el hecho de que en el prototipo se esté haciendo inclusión de elementos
poco convencionales a una instalación, es necesario que estos se reglamenten
de acuerdo a los estándares de la normatividad vigente, para así poder tener
seguridad en que los elementos utilizados sean óptimos y no riesgosos para las
personas, animales y la propia instalación.
En el uso de relés electromecánicos dentro del prototipo, se debe tener en cuenta
que para no perder la confiabilidad en el sistema es necesario incluir un sistema
de sincronización al momento de usar dichos relés.
Para el sistema de medida se utilizaron dos (2) integrados ADE7763 de las
mismas especificaciones, de los cuales se pudo observar que el comportamiento
de cada uno es diferente. Por lo que se concluyó que siempre se debe efectuar
calibración para cualquier sistema de medida que utilice el ADE7763. Esto
quiere decir que para una aplicación comercial de este dispositivo se debe
contar con un sistema de calibración para cada componente que se fabrique.
Esta calibración se hace ajustado el algoritmo en software.
El uso de dispositivos de comunicación por línea de potencia (PLC) mejora la
latencia de envió y recibido de datos, ya que estos son probados y empleados
en sistemas que requieren alto ancho de banda, comparado con el uso de
sistemas Wifi. Adicional a esto, se evita realizar cambios estructurales en la
instalación eléctrica con el uso de nuevo cableado de conexión entre el sistema
maestro y el modem de conexión a internet.
El cambio del código que se genere directamente sobre el Arduino®, ya sea por
ajustes de variables de calibración, condiciones de operación, cambios en la
página etc., puede generar alteraciones en el comportamiento de la carga como
por ejemplo flicker si esta se encuentra energizada con el prototipo en el
momento de carga del código.
107
Para establecer la comunicación doble entre el Arduino® con los medidores y
el servidor, se debe realizar por obligación retardos entre las diferentes
solicitudes a los medidores y además realizar un cambio al modo de
funcionamiento del protocolo de SPI al modo 0 (modo por defecto), ya que si
no se realiza, las dos vías de comunicación crean interferencia una con la otra
haciendo que la información suministrada pierda validez.
En la medición de tensión se obtuvo que rangos menores a 20V no son leídos
por el integrado de manera adecuada. Esto se debe a que la ganancia que se
toma es por defecto, para el rango hasta 0.5V, los valores de tensión pequeños
tienen un error mayor, situación no preocupante ya que en una instalación
eléctrica residencial los valores de tensión están alrededor de 120V, y para el
sistema probado presenta un error de 0.22%, que es aceptable por las normas.
Para la medición de corriente se tienen errores cercanos al +/- 2%. Sin embargo,
se observa que para la medida de corrientes pequeñas, el sistema es bastante
preciso, razón que lo hace confiable para medir circuitos de alumbrado
especialmente con bombillos economizadores de energía o de tipo LED, que
serían los circuitos elegibles para conmutar a las fuentes de energía renovable.
El error porcentual determinado para el sistema de medición tiene mejores
respuestas para la medida de voltaje, toda vez que la señal se toma de manera
directa a través de divisores resistivos, dando resultados cercanos al 0,2% lo
que quiere decir que según norma ANSI C12.20 la clase de precisión para este
sistema de medición es 0.2. En tanto que para la medida de corriente, los
resultados son cercanos al 2%, los cuales pueden ser mejorados para incurrir en
la norma usando una menor ganancia.
Durante las pruebas se observó que el sistema es capaz de mantener cargas
encendidas aun cuando se realizan cambios bruscos de fuentes reiteradamente
sin alterar su comportamiento, lo que le da una gran ventaja al prototipo para
ser instalado directamente en instalaciones eléctricas residenciales.
El prototipo recurre a ciertas limitaciones de tensión y de corriente, según los
componentes usados para este. En el caso de las pruebas no se puede tener una
corriente mayor a 5 amperios para la fuente renovable, lo que estaría
restringiendo su uso para cargas de alto consumo como lo son licuadoras,
hornos, duchas, planchas, entre otras. Esto podría cambiar solo adicionándole
un ACS714 de mayor capacidad y volviendo a calibrar el medidor.
Según el enfoque medioambiental, el desarrollo e implementación del prototipo
como sistema de monitoreo y control de una instalación eléctrica residencial
permite generar un incremento porcentual en el uso de fuentes de energía no
108
convencionales en Colombia, lo cual sería directamente proporcional al
incremento en investigaciones y financiaciones directamente ligados al tema.
La calidad de energía no se ve afectada por el sistema de adquisición de datos
ni el de conmutación, pero la inclusión de sistemas de conversión AC/DC de
ondas modificadas y diferentes niveles de tensión a las normalizadas a las
estandarizadas en el país, incrementa los niveles de armónicos en un alto
porcentaje a considerar frente a la calidad de energía eléctrica en la instalación.
El sistema no es lo suficientemente rápido para hacer un respaldo sin tener un
apagado total de la instalación por falta de una de las fuentes, pero se puede
mejorar la respuesta de los dispositivos agregando una batería que se active en
el momento de perdida de la red eléctrica, lo cual le da el tiempo suficiente al
sistema de medida de realizar la verificación del nivel de tensión, enviar la señal
y hacer el respectivo cambio de fuente, sin perder la estabilidad de carga
conectada en el momento.
Dentro del análisis económico se tiene un precio proyectado del sistema
implementado para venta al público de $765.350. Dicho valor puede disminuir
teniendo en cuenta diferentes descuentos desde el punto de vista de una empresa
encargada de la creación de los circuitos, pero también puede aumentar ya que
solo se tienen dos medidores y deberían instalarse un número mayor según la
cantidad de circuitos en la residencia, lo que generaría una capacidad de gestión
aún más alta, pero con el costo agregado de cada uno de los medidores que sería
de alrededor de $204,000, o incluso menor si se ve desde el punto de vista
mencionado anteriormente.
En las 5 primeras pruebas se vio un porcentaje de cambio promedio del nivel
de tensión aplicado sobre la carga de alrededor de más o menos el 4%, atribuido
a que el inversor seleccionado es de 110 [VAc] y no de 120[VAc] cercano a los
valores reales de la red. Por la misma razón, en las pruebas no se dejó descargar
la batería a menos del 70% de su capacidad, porque teniendo en cuenta el nivel
de tensión de la batería y la salida del inversor, podría disminuir a niveles
cercanos a los 90 [VAc] que pueden afectar directamente la carga y evitar su
encendido.
109
13. REFERENCIAS:
[1] UPME, «PROYECCIÓN DE LA DEMANDA DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y POTENCIA MÁXIMA EN COLOMBIA,» 2016.
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[6] I. J. O. ORTEGA, «SABER,» [En línea]. Available: http://www.saber.cic.ipn.mx/cake/SABERsvn/trunk/Repositorios/webVerArchivo/368/2. [Último acceso: 2 5 2016].
[7] ELSTER, «A102C Medidor electrònico monofàsico,» [En línea]. Available: vhttp://www.elster.com.ar/downloads/ar_e_a102c.pdf. [Último acceso: 18 3 2016].
[8] DIVERTEKA, «DIVERTEKA,» 4 2014. [En línea]. Available: http://www.diverteka.com/?p=1966. [Último acceso: 5 2016].
[9] D. M. H. LONDOÑO, «DESARROLLO DE UNA GUÍA ENFOCADA A MEDIDORES DE ENERGÍA Y CONEXIONES DE MEDIDORES,» UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, Pereira, 2013.
[10] A. Device, «Anlago Products,» 2016. [En línea]. Available: http://www.analog.com/en/products/analog-to-digital-converters/integrated-special-purpose-converters/single-phase-metering-ic. [Último acceso: 6 2015].
[11] Scribd, «INVESTIGACIÓN PARA ELDESARROLLO DE SOFTWARE EN DOMÓTICAORIENTADO AL SECTOR DOMESTICO Y EMPRESARIAL DE COLOMBIA,» [En línea]. Available: https://es.scribd.com/doc/30715431/INVESTIGACION-PARA-EL-DESARROLLO-DE-SOFTWARE-EN-DOMOTICA-ORIENTADO-AL-SECTOR-DOMESTICO-Y-EMPRESARIAL-DE-COLOMBIA. [Último acceso: 5 2016].
[12] D. M. E. Cardona, «casasinteligentesodomotica,» 2012. [En línea]. Available: http://casasinteligentesodomotica.blogspot.com.co/. [Último acceso: 5 2016].
[13] L. F. H. Quintero, Revista ingenieria e investigacion, Bogota, 2012.
[14] L. C. D. Andrade, DISEÑO DE UNA ALTERNATIVA ECONÓMICA PARA LA AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE LECTURA DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA, Cuenca, 2014.
[15] Fernando, «ERENOVABLE.COM,» 03 11 2015. [En línea]. Available: http://erenovable.com/energias-renovables/. [Último acceso: 25 2 2016].
[16] «¿Cómo va el desarrollo de energías renovables en Colombia y Latinoamérica?,» DINERO, vol. 498, 25 3 2016.
110
[17] U. D. P. M. ENERGETICA, «INTEGRACIÒN ENERGÌAS RENOVABLES EN COLOMBIA,» 2015. [En línea]. Available: http://www.upme.gov.co/Estudios/2015/Integracion_Energias_Renovables/INTEGRACION_ENERGIAS_RENOVANLES_WEB.pdf. [Último acceso: 30 1 2016].
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[19] M. d. M. y. Energía, «Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas, RETIE,» Bogota, 2013.
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[22] U. d. P. M. Energética, «Resolucion 281,» 2015.
[23] M. d. m. y. energia, «Decreto 2469,» 2014.
[24] M. d. m. y. energia, «Decreto 2492,» 2014.
[25] Microchip, «Microchip,» 2016. [En línea]. Available: http://www.microchip.com/. [Último acceso: 24 1 2016].
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[27] Arduino, «Arduino,» [En línea]. Available: https://www.arduino.cc/. [Último acceso: 18 8 2015].
[28] Arduino, «ArduinoEthernetShield,» 2016. [En línea]. Available: https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoEthernetShield. [Último acceso: 18 1 2016].
[29] OpenEnergyMonitor, «Measuring AC Voltage with an AC to AC power adapter,» [En línea]. Available: http://openenergymonitor.org/emon/buildingblocks/measuring-voltage-with-an-acac-power-adapter. [Último acceso: 15 9 2014].
[30] M. H. H. A. Ayari Ahlem, «Design and implementation of Single Phase Intelligent Energy Meter using a microcontroller interfaced to PC,» IEEE, p. 5, 2014.
[31] A. P. F. Y. A. N. H. Hilwadi Hindersah, «Prototype Development of Single Phase Prepaid kWh Meter,» IEEE, p. 6, 2011.
[32] A. Devices, «Single-phase active and apparent energy metering IC-ADE 7763, Application Note,» 2009.
[33] A. Device, Single-Phase Active and Apparent Energy Metering IC Datasheet, 2016.
[34] G. S. solutions, «Gammon Software solutions Forums,» 8 Julio 2012. [En línea]. Available: http://www.gammon.com.au/forum/?id=10892. [Último acceso: 20 julio 2015].
[35] A. MycroSystems, Automotive Grade, Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor ICwith 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current Conductor, 2013.
111
[36] Motorola, «HEX INVERTER,» [En línea]. Available: http://ecee.colorado.edu/~mcclurel/sn74ls04rev5.pdf. [Último acceso: 2016].
[37] H. INSTRUMENTS, «Profesionales de la medida,» [En línea]. Available: http://www.htinstruments.es/analizador-de-redes-profesionales-para-la-medida-registro-de-los-parametros-de-red-segun-la-en50160. [Último acceso: 07 03 2017].
[38] D. ingenieria. [En línea]. Available: http://www.geoscopio.net/empresas/diamanteingenieria/. [Último acceso: 2016].
[39] COINTELCO, 2016. [En línea]. Available: http://www.cointelco.com/.
[40] Ecointeligencia, «Los 10 países líderes en energías sostenibles,» Ecointeligencia, Octubre 2013. [En línea]. Available: http://www.ecointeligencia.com/2013/10/10-paises-lideres-energias-sostenibles/. [Último acceso: 2016].
112
14. ANEXOS
ANEXO 1.
Alimentación:
Figura 51 .Especificaciones alimentación ADE7763 [32]
Comunicación:
Figura 52 .Especificaciones de comunicación ADE7763 [32]
113
Gráfica 19 Valores del registro de tensión del ADE comparado con la tensión del variac leída con el
PQA [Autores]
Gráfica 20 Valores del registro de corriente del ADE comparado con la corriente suministrada a la
carga leída con el multímetro de precisión [Autores]
y = 0,0353x - 0,2405
0
20
40
60
80
100
120
140
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Valores del registro de Tensión Vs Tensión
leida con PQA
y = 0,002x + 0,0104
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Valores del registro de Corriente Vs
Corriente leida en multimetro
114
Gráfica 21Valores del registro de corriente del ADE comparado con la corriente suministrada a la
carga leída con el PQA [Autores]
Gráfica 22 Valores del registro de tensión del segundo ADE implementado comparado con la tensión
del variac leída con el multímetro de precisión para la fuente renovable [Autores]
y = 0,0021x + 0,0053
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Valores del registro de Corriente Vs
Corriente leida en el PQA
y = 0,0348x - 0,8238
0
20
40
60
80
100
120
140
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Valores del registro de Tensión Vs Tensión
Variac
115
Gráfica 23 Valores del registro de tensión del segundo ADE implementado comparado con la tensión
del variac leída con el PQA para la fuente renovable [Autores]
Gráfica 24 Valores del registro de corriente del segundo ADE implementado comparado con la
corriente suministrada a la carga leída con el multímetro de precisión para la fuente renovable
[Autores]
y = 0,0347x - 0,3867
0
20
40
60
80
100
120
140
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Valores del registro de Tensión Vs Tensión
leida con PQA
y = 0,0011x - 0,0216
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Valores del registro de Corriente Vs
Corriente leida en multimetro
116
Gráfica 25 Valores del registro de corriente del segundo ADE implementado comparado con la
corriente suministrada a la carga leída con el PQA para la fuente renovable [Autores]
y = 0,0012x - 0,0614
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Valores del registro de Corriente Vs
Corriente leida en el PQA
117
ANEXO 2.
CODIGOS:
Arduino® //LIBRERIAS
#include <SPI.h> // Libreria de comunicacion SPI
#include <Ethernet.h> //Libreria de comunicacion Ethernet
//DECLARACION DE VARIABLES
int PIN_relereno=2; //Pin de control de los reles
const int slaveAPin = 9;//Pin de comunicacion para ADE7763 en la Red 20A
const int slaveBPin = 7;//Pin de comunicacion para ADE7763 en la Renovable 5A
byte ganancia, ch1os, ch2os,ch3os,bh1,bh2,bh3,nh1,nh2,nh3,ch1o, ch2o,ch3o,h1,h2,h3,n1,n2,n3;
//Variables tipo byte para almacenamiento delos bits de cada registro
String codigo; //Aquí se almacena la respuesta del servidor
String nombre; //Aquí se almacena el nombre que serecupera de MySQL
boolean fin = false; // Finalizar ciclo
boolean pregunta = true;//Finaliza peticion
//DIRECCIONES
byte mac[]={0xDE,0xAD,0xBE,0xEF,0xFE,0xED}; //MAC
IPAddress ip(169, 254, 112, 122); //IP del Arduino
IPAddress server(169, 254, 112, 121);// IP del sevridor
IPAddress myDns(169, 254, 112, 122);//DNS
EthernetServer servidor(80); //puerto del servidor
EthernetClient client;//variable de cliente
String readString=String(30); //lee los caracteres de una secuencia en una cadena.
unsigned long ultimaConexion = 0; // Estado de la ultima conexion
boolean ultimoEstado = false;
const unsigned long intervaloConexion = 10000; // Intervalo en milisegundos entre conexiones
void setup() {
SPI.begin();// Se inicializa la comunicacion SPI
Serial.begin(9600);// Se inicializa el puerto serial
pinMode (slaveAPin, OUTPUT);// se toma como salida el pin 9
pinMode (slaveBPin, OUTPUT);// se toma como salida el pin 7
pinMode(PIN_relereno,OUTPUT); //se toma como salida el pin 2
digitalWrite(PIN_relereno,LOW);// se inicializa en bajo
Ethernet.begin(mac, ip,myDns); //Se inicializa con las direcciones asignadas
delay(1000);
delay(100);
}
void loop() {
// Solicitud de registros al ADE7763
118
SPI.setBitOrder(MSBFIRST);//Se le da prioridad al bit mas significativo
SPI.setDataMode(SPI_MODE1); // Modo del SPI
SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV4);// Frecuencia del reloj
//Peticion primer registro 0x17 registro de tension para la medicion sobre la red electrica de
distribucion
digitalWrite (slaveAPin, LOW);// Activacion del PIN 9 en bajo para activar el ADE7763
SPI.transfer(0x17);// Pregunta el registro
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
ch1os= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 1 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
ch2os= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 2 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
ch3os= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 3 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
digitalWrite (slaveAPin, HIGH);// Termina comunicacion colocando en alto el pin 9
delay(100);
//Peticion segundo registro 0x16 registro de corriente para la medicion sobre la red electrica de
distribucion
digitalWrite (slaveAPin, LOW);// Activacion del PIN 9 en bajo para activar el ADE7763
SPI.transfer(0x16);// Pregunta el registro
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
bh1= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 1 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
bh2= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 2 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
bh3= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 3 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
digitalWrite (slaveAPin, HIGH);// Termina comunicacion colocando en alto el pin 9
delay(100);
//Peticion segundo registro 0x2 registro de energia para la medicion sobre la red electrica de
distribucion
digitalWrite (slaveAPin, LOW);// Activacion del PIN 9 en bajo para activar el ADE7763
SPI.transfer(0x2);// Pregunta el registro
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
nh1= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 1 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
nh2= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 2 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
nh3= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 3 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
digitalWrite (slaveAPin, HIGH);// Termina comunicacion colocando en alto el pin 9
delay(100);
//Peticion primer registro 0x17 registro de tension para la medicion sobre la fuente de energia
renovable
digitalWrite (slaveBPin, LOW);// Activacion del PIN 7 en bajo para activar el ADE7763
SPI.transfer(0x17);// Pregunta el registro
119
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
ch1o= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 1 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
ch2o= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 2 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
ch3o= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 3 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
digitalWrite (slaveBPin, HIGH);// Termina comunicacion colocando en alto el pin 7
delay(100);
//Peticion primer registro 0x16 registro de corriente para la medicion sobre la fuente de energia
renovable
digitalWrite (slaveBPin, LOW);// Activacion del PIN 7 en bajo para activar el ADE7763
SPI.transfer(0x16);// Pregunta el registro
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
h1= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 1 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
h2= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 2 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
h3= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 3 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
digitalWrite (slaveBPin, HIGH);// Termina comunicacion colocando en alto el pin 7
delay(100);
//Peticion primer registro 0x2 registro de energia para la medicion sobre la fuente de energia renovable
digitalWrite (slaveBPin, LOW);// Activacion del PIN 7 en bajo para activar el ADE7763
SPI.transfer(0x2);// Pregunta el registro
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
n1= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 1 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
n2= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 2 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
n3= SPI.transfer(0x00);// Se envia un 0 para el 3 byte
delayMicroseconds (4);// Retardo de 4 microsegundos
digitalWrite (slaveBPin, HIGH);// Termina comunicacion colocando en alto el pin 7
delay(100);
//Variables tipo float para el almacenamiento de los valores obtenidos de los registros
float tension=0;
float intensidad=0;
int potencia=0;
float tension1=0;
float intensidad1=0;
int potencia1=0;
//Concatenamiento de los bits adquiridos de los registros de tension
tension=ch1os<<8|ch2os;
tension1=ch1o<<8|ch2o;
//Calibracion de las variables utilizando ecuaciones
tension=tension*0.0353-0.2405;
120
tension1=tension1*0.0347-0.3867;
//Concatenamiento de los bits adquiridos de los registros de corriente
intensidad=bh1<<8|bh2;
intensidad1=h1<<8|h2;
//Calibracion de las variables utilizando ecuaciones
intensidad=intensidad*0.002+0.0104; // Calibracion Corriente ADE nuevo
intensidad1=intensidad1*0.0011+0.0216; //Calibracion Corriente ADE antiguo
//Concatenamiento de los bits adquiridos de los registros de energia
potencia=nh1<<8|nh2;
potencia1=n1<<8|n2;
//Calibracion de las variables utilizando ecuaciones
potencia=potencia*0.009635974;
potencia1=potencia1*0.009635974;
SPI.setDataMode(SPI_MODE0); // se reinicia el Modo del SPI al modo por defecto
//EthernetClient Crea un cliente que se puede conectar a
//una dirección específica de Internet IP
if (client.available())
{
char c = client.read();
Serial.print(c);
}
// Si no hay conexion de red y se conecto correctamente la ultima vez
// detiene el cliente Ehternet
if (!client.connected() && ultimoEstado) {
Serial.println();
Serial.println("Desconectando...");
client.stop();
}
// se conecta al servidor como cliente por medio de su direccion IP
if(!client.connected() && (millis() - ultimaConexion > intervaloConexion)) {
if (client.connect(server, 80)) {
// Envia el requerimiento al servidor via GET
Serial.println("Iniciando conexion...");
client.print("GET /Paginaweb/tesis.php?TensionRed=");
//Impresion de los parametros en el servidor para su posterior almacenamiento
client.print(tension);
client.print("&CorrienteRed=");
client.print(intensidad);
client.print("&EnergiaRed=");
client.print(potencia);
client.print("&TensionReno=");
121
client.print(tension1);
client.print("&CorrienteReno=");
client.print(intensidad1);
client.print("&EnergiaReno=");
client.print(potencia1);
client.println(" HTTP/1.1");
client.print("Host: ");
client.println(server);
client.println("User-Agent: Arduino-Ethernet");
client.println("Connection: close");
client.println();
ultimaConexion = millis();
client.stop();// termina conexion como cliente
}
else {
// Si la conexion fallo se desconecta
Serial.println("Error al conectarse al servidor");
Serial.println("Desconectando...");
}
}
// Conexion como cliente al servidor para conexion con archivo led.php del cual se
// leeran sus caracteres y se utilizaran para la activacion de los reles de estado solido
if (client.connect(server, 80)) {
Serial.println("nConectado");
// Enviar la petición HTTP
//Dirección del archivo php dentro del servidor
client.print("GET /Paginaweb/led.php");
//Se manda la variable junto a la línea de GET
client.println(" HTTP/1.0");
//IP del servidor
client.println("Host: 192.168.1.24");
client.println("User-Agent: arduino-ethernet");
client.println("Connection: close");
client.println();
}
else {
// Si no se consigue se conecta
Serial.println("Conexión fallida");
Serial.println("Desconectando");
client.stop();
}
delay(500);
//Se comprueba si se tiene respuesta respuesta del servidor y la
//Se almacena en el string ----> codigo.
while (client.available()) {
122
char c = client.read();
codigo += c;
//Se habilita la comprobación del código recibido
fin = true;
}
//Si está habilitada la comprobación del código entra en el IF
if (fin) {
//Se analiza la longitud del código recibido
int longitud = codigo.length();
//Se busca en qué posición del string se encuentra nuestra variable
int posicion = codigo.indexOf("hola=");
//Se borra lo que haya almacenado en el string nombre
nombre = "";
//Se analiza el código obtenido y se almacena el nombre en el string nombre
for (int i = posicion + 6; i < longitud; i ++){
if (codigo[i] == ';') i = longitud;
else nombre += codigo[i];
}
//Se deshabilita el análisis del código
fin = false;
//Imprimir el nombre obtenido
Serial.println("Valor de la variable nombre: " + nombre);
//Cerrar conexión
Serial.println("Desconectarn");
client.stop();
}
// condicional para la activacion de los reles de estado solido segun los caracteres obtenidos en modo
manual
if(nombre=="ncender"){
digitalWrite(PIN_relereno,HIGH);
}
else if(nombre=="pagado"){
digitalWrite(PIN_relereno,LOW);
}
// condicional para la activacion de los reles de estado solido segun los caracteres obtenidos en modo
automatico
else if(nombre=="utomatico"){
if(tension>=110){
digitalWrite(PIN_relereno,HIGH);
}
else if(tension<110){
digitalWrite(PIN_relereno,LOW);
}
}
codigo="";// borra el contenido de la variable
return ;// regresa}
123
PAGINA WEB DE INICIO DE SESIÓN (Login.html)
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>LOGIN</title>
<style >// Estilo visual de la pagina
h1{text-align: center; position: absolute;width: 25%; height: 0%;left:38%;top:45%;}
table{position:absolute;width: 25%;background-color: alpha;z-index: -1;left:37%;top:55%;}
.izq{text-align: right;}
.der{text-align: left;}
td{text-align: center;padding: 10px}
#fondo
{position: absolute; top: 0; left: 0; width: 100%; height: 100%; z-index: -1}
</style>
</head>
<body>
<img src="primera.png" id="fondo" alt="backgroundimage"/>
<h1>Introduce tus datos</h1>
<form action="compruebalogin.php" method="post">//uso del metodo post para comprobar usuario
<table>
<tr>
<td class="izq">
Login:</td><td class="der"> <input type="text" name="loginn">
</td>
</tr>
<tr><td class="izq">
Password:</td>
<td class="der"><input type="password" name="password"></tr>
<tr><td colspan="2"><input type="submit" name="enviar" value="LOGIN">
</td>
</tr>
</table>
</body>
</html>
ARCHIVO PHP (compruebalogin.php)
<!DOCTYPE html 1>
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; chaset=utf-8"/>
<title>Instalacion Gestionable</title>
</head>
<body>
<?php
try{
//conexion con la base de datos
$base= new PDO("mysql:host=localhost;dbname=tesis","arduino","12345");
124
$base->setAttribute(PDO::ATTR_ERRMODE, PDO::ERRMODE_EXCEPTION);
$sql="SELECT * FROM usuarios_pass WHERE USUARIOS=:login AND
PASSWORD=:password";
$resultado=$base->prepare($sql);
$login=htmlentities(addslashes($_POST["loginn"]));
$password=htmlentities(addslashes($_POST["password"]));
//almacenamiento de variables de usuario y contraseña
$resultado->bindValue(":login",$login);
$resultado->bindValue(":password",$password);
$resultado->execute();
$numero_registro=$resultado->rowcount();
if ($numero_registro!=0) { //inicio de sesion
session_start();
$_SESSION["usuario"]=$_POST["loginn"];
header("location:usuarioadmitido.php");
}
else{
header("location:login.html");
}
}
catch(Exception $e){
die("Error: " . $e->getMessage());
}
?>
</body>
</html>
PAGINA WEB DE PRESENTACIÓN (usuarioadmitido.php)
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>Instalacion Gestionable</title>
<style >
h1{text-align: center;}
h2{text-align: center;}
h5{font:bold 500% ;width:660px;height: 0px;text-align: justify;position: absolute;top: 40%;left: 25%;}
h6{font:bold 500% ;width:660px;height: 0px;text-align: justify;position: absolute;top: 48%;left: 25%;}
h{font:bold 500% ;width:660px;height: 0px;text-align: justify;position: absolute;top: 48%;left: 25%;}
h4{text-align: center;}
h3{text-align: center;}
table{width: 25%;background-color: #FFB;border: 3PX dotted #f00;margin: auto;}
.izq{text-align: right;}
.der{text-align: left;}
td{text-align: center;padding: 10px}
#fondo
{position: absolute; top: 0; left: 0; width: 100%; height: 100%; z-index: -1}
125
#paula
{position: absolute; top: 15%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula1
{position: absolute; top: 30%; left: 2%; width: 17%; height: 0%; color: white}
#paula2
{position: absolute; top: 45%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula3
{position: absolute; top: 60%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula4
{position: absolute; top: 75%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula5
{position: absolute; top: 50%; left: 75%; width: 15%; height: 15%;}
</style>
</head>
<body>
<img src="final.png" id="fondo" alt="backgroundimage"/>
<img src="GESETIC.png" id="paula5"/>
<?php
session_start(); //comprueba si se inicia sesion
if (!isset($_SESSION["usuario"]))
{
header("location:login.html");
}
echo "<a location href='usuarioadmitido2.php' id='paula'>Parametros Eléctricos</a>";
echo "<a location href='usuarioadmitido3.php' id='paula1'>Control de la instalación</a>";
echo "<a location href='grafica.php' id='paula2'>Grafica Consumo</a>";
echo "<a location href='usuarioadmitido4.php'id='paula3'>Creditos</a>";
echo "<a location href='cerrarsesion.php'id='paula4'>Cerrar sesión</a>";
echo "<br>";
echo "<h1>Universidad Distrital Francisco Jose de caldas</h1>";
echo "<h2>Bienvenida/o ".$_SESSION["usuario"]."</h2>";
echo "<h4>En la siguiente página tendrás la opción de tener información y control sobre tu instalación
eléctrica gestionable.<h4>";
echo
"<h4>_____________________________________________________________________________
___<h4>";
echo "<h4>Desde el menú lateral izquierdo puedes seleccionar diferentes opciones de las cuales te
permitirá:<h5>";
echo "<p><span style='font-size:13px;'><strong>PARAMETROS ELÉCTRICOS:</strong>
Consulta de variables eléctricas tales como tensión [V], corriente [A] y
energía [kW*h].</span></p>
<p><span style='font-size:13px;'>
* TENSIÓN: La diferencia de
potencial eléctrico entre dos conductores, que hace que fluyan electrones<br />
por
una resistencia, su unidad es el voltio.</span></p>
126
<p><span style='font-size:13px;'>
* CORRIENTE: Es el
movimiento de cargas eléctricas entre dos puntos
que no se hallan al mismo<br />
potencial, por tener uno de ellos un exceso de electrones respecto al otro.
</span></p>
<p><span style='font-size:13px;'>
* ENERGÍA: Es la forma de
energía que resultará de la existencia de una diferencia de
potencial entre<br />
dos
puntos, situación que permitirá establecer una corriente
eléctrica entre ambos puntos<br />
si se los
coloca en contacto por intermedio de un conductor eléctrico para obtener el
trabajo<br />
mencionado.</span></p>
<p><span style='font-size:13px;'><strong>CONTROL DE LA INSTALACIÓN:
</strong> Da la opción de escoger cuál de
las fuentes va a alimentar la instalación, esto se<br />
puede hacer de manera automática o semiautomática.</span></p>
<p><span style='font-size:13px;'><strong>GRAFICA DE CONSUMO:</strong> Muestra
gráficamente el consumo de tu instalación,
discriminando si fue de la FUENTE<br />
DE LA RED ELÉCTRICA o de la FUENTE RENOVABLE.</span></p>
<p> </p>
<p style='text-align: justify;'> </p>
";
?>
</body>
</html>
127
PAGINA WEB PARAMETROS ELÉCTRICOS (usuarioadmitido2.php)
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>Instalacion Gestionable</title>
<style >
h1{text-align: center;}
h2{text-align: center;}
p{text-align: center;}
h4{text-align: center;}
h1{text-align: center;}
table{width: 25%;background-color: alpha;border: 3PX dotted white;margin: auto;}
.izq{text-align: right;}
.der{text-align: left;}
td{text-align: center;padding: 10px}
#fondo
{position: absolute; top: 0; left: 0; width: 100%; height: 100%; z-index: -1}
#paula
{position: absolute; top: 15%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula1
{position: absolute; top: 30%; left: 2%; width: 17%; height: 0%; color: white}
#paula2
{position: absolute; top: 45%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula3
{position: absolute; top: 60%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula4
{position: absolute; top: 75%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
</style>
</head>
<body>
<img src="final.png" id="fondo" alt="backgroundimage"/>
<?php
session_start();//comprueba inicio de sesion
if (!isset($_SESSION["usuario"]))
{
header("location:login.html");
}
echo "<a location href='usuarioadmitido2.php' id='paula'>Parametros Eléctricos</a>";
echo "<a location href='usuarioadmitido3.php' id='paula1'>Control de la instalación</a>";
echo "<a location href='grafica.php' id='paula2'>Grafica Consumo</a>";
echo "<a location href='usuarioadmitido4.php'id='paula3'>Creditos</a>";
echo "<a location href='cerrarsesion.php'id='paula4'>Cerrar sesión</a>";
echo"<br>";
echo "<h1>VARIABLE ELÉCTRICAS DE SU INSTALACIÓN</h1>";
echo"<br>";
128
//Conexión con base de datos más petición de variables de la tabla
$conexion = mysqli_connect("localhost","arduino","12345","tesis");
$consulta="SELECT * FROM variables WHERE Tiempo=(SELECT MAX(Tiempo) AS Tiempo
FROM variables)";
$resultados=mysqli_query($conexion,$consulta);
/ /se guardan los resultados de la petición en una matriz
$fila=mysqli_fetch_row($resultados);
// creación de tabla para mostrar las variables
echo "<table align=center border=2 cellpadding=1 cellspacing=1 style=width:500px>";
echo"<thead>";
echo"<tr>";
echo"<th scope=row>MAGNITUD FUENTE</th>";
echo"<th scope=col>RED ELECTRICA</th>";
echo"<th scope=col>RENOVABLE</th>";
echo"<th scope=col>FECHA Y HORA</th>";
echo"</tr>";
echo"</thead>";
echo"<tbody>";
echo"<tr>";
echo"<th scope=row><i style=font-weight: bold; text-align: center;>VOLTAJE [V]</i></th>";
echo"<td>";
echo $fila[0]. "";// se imprimen las posiciones de la matriz creada con los resultados de la peticion
echo"</td>";
echo"<td>";
echo $fila[3]. "";
echo"</td>";
echo"<td>";
echo $fila[6]. "";
echo"</td>";
echo"<tr>";
echo"</tr>";
echo "<th scope=row><em style=font-weight: bold; text-align: center;>CORRIENTE
[A]</em></th>";
echo"<td>";
echo $fila[1]. "";
echo"</td>";
echo"<td>";
echo $fila[4]. "";
echo"</td>";
echo"<td>";
echo "<h4>NIVEL DE BATERIA</h4>";
echo"</td>";
echo"<tr>";
echo"</tr>";
echo"<th scope=row><em>ENERGIA [W*h]</em></th>";
echo"<td>";
echo $fila[2]. "";
echo"</td>";
echo"<td>";
echo $fila[5]. "";
129
echo"</td>";
echo"<td>";
echo $fila[3]*100/125 .'%';
echo"</td>";
echo"</tr>";
echo"</tbody>";
echo"</table>";
echo"<br>";
echo"<br>";
echo"<center>";
echo "<h4>PRECIO ENERGIA CONSUMIDA DEL OPERADOR DE RED</h4>";
echo "$".$fila[2]*0.15934; //se agrega el precio actual del k/wh este se puede actualizar por medio de
conexión a internet
echo"<br>";
echo "<h4>AHORRO EN ENERGIA CONSUMIDA FUENTE RENOVABLE</h4>";
echo "$".$fila[5]*0.15934;
echo"</center>";
?>
</body>
</html>
PAGINA WEB CONTROL DE LA INSTALACIÓN (usuarioadmitido3.php)
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>Instalacion Gestionable</title>
<style >
h1{text-align: center;}
h2{text-align: center;}
p{text-align: center;}
h4{text-align: center;}
h1{text-align: center;}
table{width: 25%;background-color: #FFB;border: 3PX dotted #f00;margin: auto;}
.izq{text-align: right;}
.der{text-align: left;}
td{text-align: center;padding: 10px}
#fondo
{position: absolute; top: 0; left: 0; width: 100%; height: 100%; z-index: -1}
#paula
{position: absolute; top: 15%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula1
{position: absolute; top: 30%; left: 2%; width: 17%; height: 0%; color: white}
#paula2
{position: absolute; top: 45%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula3
{position: absolute; top: 60%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
130
#paula4
{position: absolute; top: 75%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
</style>
</head>
<body>
<img src="final.png" id="fondo" alt="backgroundimage"/>
<?php
session_start(); // se verifica inicio de sesion
if (!isset($_SESSION["usuario"]))
{
header("location:login.html");
}
echo "<a location href='usuarioadmitido2.php' id='paula'>Parametros Eléctricos</a>";
echo "<a location href='usuarioadmitido3.php' id='paula1'>Control de la instalación</a>";
echo "<a location href='grafica.php' id='paula2'>Grafica Consumo</a>";
echo "<a location href='usuarioadmitido4.php'id='paula3'>Creditos</a>";
echo "<a location href='cerrarsesion.php'id='paula4'>Cerrar sesión</a>";
echo"<br>";
echo "<h1>CONTROL DE LA INSTALACIÓN</h1>";
echo"<div>";
echo"<div>";
echo"<div>";
echo"<div>";
echo"<p align='center'><strong>MANEJO SEMIAUTOMATICO</strong></p>
</div>";
echo"<p>El botón FUENTE RED ELÉCTRICA te permite alimentar el circuito de la
instalación usando como fuente</p>";
echo"<p> de alimentación la red eléctrica nacional.</p>";
echo"<p>El botón FUENTE RENOVABLE te permite alimentar
el circuito de la instalación usando</p>";
echo"<p> como fuente de alimentación la fuente de energía renovable.</p>";
echo"<br>";//creación de botones para el control de la instalación y asociación de los mismos con los
archivos php cambiadores de texto
echo"<center>";
echo"<input type=submit value=FUENTE.RED.ELECTRICA style=width:200px;height:75px
onClick=location.href='cambiador.php'>";
echo"<input type=submit value=FUENTE.RENOVABLE style=width:200px;height:75px
onClick=location.href='cambiador1.php'>";
echo"</center>";
echo"<p align='center'><strong>MANEJO AUTOMATICO</strong></p>";
131
echo"<p> El botón de AUTOMATICO permite que la instalación
automáticamente decida que</p>";
echo"<p> fuente de energía alimente el circuito de la instalación
dependiendo de la cantidad</p>";
echo"<p> de energía que tenga la batería.</p>";
echo"</div>";
echo"</div>";
echo"</div>";
echo"<center>";
echo"<input type=submit value=AUTOMATICO style=width:200px;height:75px
onClick=location.href='cambiador2.php'>";
echo"</center>";
?>
</body>
</html>
PAGINA WEB CREDITOS (usuarioadmitido4.php)
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>Instalacion Gestionable</title>
<style >
h1{text-align: center;}
h2{text-align: center;}
p{text-align: center;}
h4{text-align: center;}
h1{text-align: center;}
table{width: 25%;background-color: #FFB;border: 3PX dotted #f00;margin: auto;}
.izq{text-align: right;}
.der{text-align: left;}
td{text-align: center;padding: 10px}
#fondo
{position: absolute; top: 0; left: 0; width: 100%; height: 100%; z-index: -1}
#paula
{position: absolute; top: 15%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula1
{position: absolute; top: 30%; left: 2%; width: 17%; height: 0%; color: white}
#paula2
{position: absolute; top: 45%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula3
{position: absolute; top: 60%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula4
{position: absolute; top: 75%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula5
132
{position: absolute; top: 70%; left: 43%; width: 15%; height: 15%;}
</style>
</head>
<body>
<img src="final.png" id="fondo" alt="backgroundimage"/>
<img src="GESETIC.png" id="paula5"/>
<?php
session_start();
if (!isset($_SESSION["usuario"]))
{
header("location:login.html");
}
echo "<a location href='usuarioadmitido2.php' id='paula'>Parametros Eléctricos</a>";
echo "<a location href='usuarioadmitido3.php' id='paula1'>Control de la instalación</a>";
echo "<a location href='grafica.php' id='paula2'>Grafica Consumo</a>";
echo "<a location href='usuarioadmitido4.php'id='paula3'>Creditos</a>";
echo "<a location href='cerrarsesion.php'id='paula4'>Cerrar sesión</a>";
echo"<br>";
echo"<h1>CREDITOS</h1>";
echo"<br>";
echo"<p>Esto fue realizado como proyecto de grado por los estudiantes de ingeniería
eléctrica Brian Diaz Ospitia y Paula Bautista</p>";
echo"<p>Aguilar, dirigidos y acompañados del director de
tesis el ingeniero Álvaro Espinel Ortega y la codirectora de tesis la</p>";
echo"<p>ingeniera Adriana Marcela Escobar.</p>";
echo"<p>El proyecto de grado lleva por título: “Prototipo de una
instalación eléctrica gestionable para facilitar el uso de fuentes</p>";
echo"<p>de energía renovable en Colombia” y se realizó con el
fin de obtener el título de ingenieros eléctricos en la Universidad</p>";
echo"<p>Distrital Francisco José de caldas, queriendo si es posible
poder seguir adelante con el proyecto; ya que se considera</p>";
echo"<p>que puede ser un gran proyecto a futuro dada la situación actual del país y del
planeta en general. </p>";
?>
</body>
</html>
PAGINA WEB GRAFICA DE CONSUMO (grafica.php) <?php
function conectarBD(){ //conexion a la base de datos
133
$server = "localhost";
$usuario = "arduino";
$pass = "12345";
$BD = "tesis";
//variable que guarda la conexión de la base de datos
$conexion = mysqli_connect($server, $usuario, $pass, $BD);
//Se comprueba si la conexión ha tenido éxito
if(!$conexión){
echo 'Ha sucedido un error inexperado en la conexion de la base de datos<br>';
}
//se devuelve el objeto de conexión para usarlo en las consultas
return $conexion;
}
/*Desconectar la conexion a la base de datos*/
function desconectarBD($conexion){
//Cierra la conexión y guarda el estado de la operación en una variable
$close = mysqli_close($conexion);
//Se comprueba si se ha cerrado la conexión correctamente
if(!$close){
echo 'Ha sucedido un error inexperado en la desconexion de la base de datos<br>';
}
//devuelve el estado del cierre de conexión
return $close;
}
//Devuelve un array multidimensional con el resultado de la consulta
function getArraySQL($sql){
//Se crea la conexión
$conexion = conectarBD();
//Se genera la consulta
if(!$result = mysqli_query($conexion, $sql)) die();
$rawdata = array();
//Se guarda en un array multidimensional todos los datos de la consulta
$i=0;
while($row = mysqli_fetch_array($result))
{
//Se guarda en rawdata todos los vectores/filas que nos devuelve la consulta
$rawdata[$i] = $row;
$i++;
}
//Se cierra la base de datos
desconectarBD($conexion);
//Se devulve rawdata
return $rawdata;
}
//Sentencia SQL
$sql = "SELECT EnergiaRed,EnergiaReno,Tiempo from variables;";
//Array Multidimensional
$rawdata = getArraySQL($sql);
134
//Adaptar el tiempo
for($i=0;$i<count($rawdata);$i++){
$time = $rawdata[$i]["Tiempo"];
$date = new DateTime($time);
$rawdata[$i]["Tiempo"]=$date->getTimestamp()*1000;
}
?>
<HTML>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>Instalacion Gestionable</title>
<style >
h1{text-align: center;position: absolute;top: 8%; left: 26%;}
h2{text-align: center;}
p{text-align: center;}
h4{text-align: center;}
h1{text-align: center;}
table{width: 25%;background-color: #FFB;border: 3PX dotted #f00;margin: auto;}
.izq{text-align: right;}
.der{text-align: left;}
td{text-align: center;padding: 10px}
#fondo
{position: absolute; top: 0; left: 0; width: 100%; height: 100%; z-index: -1}
#paula
{position: absolute; top: 15%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula1
{position: absolute; top: 30%; left: 2%; width: 17%; height: 0%; color: white}
#paula2
{position: absolute; top: 45%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula3
{position: absolute; top: 60%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
#paula4
{position: absolute; top: 75%; left: 2%; width: 10%; height: 0%; color: white}
</style>
</head>
<BODY>
<img src="final.png" id="fondo" alt="backgroundimage"/>
<meta charset="utf-8">
<?php
session_start(); // se verifica inicio de sesion
if (!isset($_SESSION["usuario"]))
{
header("location:login.html");
}
echo "<a location href='usuarioadmitido2.php' id='paula'>Parametros Eléctricos</a>";
135
echo "<a location href='usuarioadmitido3.php' id='paula1'>Control de la instalación</a>";
echo "<a location href='grafica.php' id='paula2'>Grafica Consumo</a>";
echo "<a location href='usuarioadmitido4.php'id='paula3'>Creditos</a>";
echo "<a location href='cerrarsesion.php'id='paula4'>Cerrar sesión</a>";
echo "<br>";
echo "<h1>GRAFICA CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA</h1>";
?>
// Se Importa el archivo Javascript de Highcharts directamente desde su servidor
<script src="jquery.js"></script>
<script src="highstock.js"></script>
<script src="exporting.js"></script>
<div id="container" style="position: absolute; top: 25%; left: 18%; width: 1000px; height: 400px; ">
</div>
<script type='text/javascript'>
$(function () {
$(document).ready(function() {
Highcharts.setOptions({
global: {
useUTC: false
}
});
var chart;
$('#container').highcharts({
chart: {
type: 'spline',
animation: Highcharts.svg, // don't animate in old IE
marginRight: 10,
events: {
load: function() {
}
}
},
title: { // se cargan los ejes de la grafica
text: 'Consumo de energÍa eléctrica [W*h]'
},
xAxis: {
type: 'datetime',
tickPixelInterval: 150
},
yAxis: {
title: {
text: 'EnergÍa [W*h]'
},
plotLines: [{
136
value: 0,
width: 1,
color: '#808080'
}]
},
tooltip: {
formatter: function() {
return '<b>'+ this.series.name +'</b><br/>'+
Highcharts.dateFormat('%Y-%m-%d %H:%M:%S', this.x) +'<br/>'+
Highcharts.numberFormat(this.y, 2);
}
},
legend: {
enabled: true
},
exporting: {
enabled: true
},
series: [{
name: 'Energía de la red',
data: (function() {
var data = [];
<?php
for($i = 0 ;$i<count($rawdata);$i++){
?>
data.push([<?php echo $rawdata[$i]["Tiempo"];?>,<?php echo
$rawdata[$i]["EnergiaRed"];?>]); // se imprimen los resultados de la variable almacenada “energía”
<?php } ?>
return data;
})()
},{
name: 'Energía de la fuente renovable',
data: (function() {
var data = [];
<?php
for($i = 0 ;$i<count($rawdata);$i++){
?>
data.push([<?php echo $rawdata[$i]["Tiempo"];?>,<?php echo
$rawdata[$i]["EnergiaReno"];?>]);
<?php } ?>
return data;
})()
}]
});
});
});
</script>
</html>
137
ARCHIVO PHP PARA RECOPILACION DE DATOS DE LA BDD (BASE DE
DATOS) (randomclass.php) <?php
function conectarBD(){ // se conecta a la base de datos
$server = "localhost";
$usuario = "arduino";
$pass = "12345";
$BD = "tesis";
//variable que guarda la conexión de la base de datos
$conexion = mysqli_connect($server, $usuario, $pass, $BD);
//Se comprueba si la conexión ha tenido exito
if(!$conexion){
echo 'Ha sucedido un error inexperado en la conexion de la base de datos<br>';
}
//Se devuelve el objeto de conexión para usarlo en las consultas
return $conexion;
}
/*Desconectar la conexion a la base de datos*/
function desconectarBD($conexion){
//Cierra la conexión y guarda el estado de la operación en una variable
$close = mysqli_close($conexion);
//Se comprueba si se ha cerrado la conexión correctamente
if(!$close){
echo 'Ha sucedido un error inexperado en la desconexion de la base de datos<br>';
}
//devuelve el estado del cierre de conexión
return $close;
}
//Devuelve un array multidimensional con el resultado de la consulta
function getArraySQL($sql){
//Se crea la conexión
$conexion = conectarBD();
//Se genero la consulta
if(!$result = mysqli_query($conexion, $sql)) die();
$rawdata = array();
//Se guarda en un array multidimensional todos los datos de la consulta
$i=0;
while($row = mysqli_fetch_array($result))
{
//Se guarda en rawdata todos los vectores/filas que nos devuelve la consulta
$rawdata[$i] = $row;
$i++;
}
//Se cierra la base de datos
desconectarBD($conexion);
//Se devuelve rawdata
return $rawdata;
}
138
//Sentencia SQL
$sql = "SELECT EnergiaRed,EnergiaReno,Tiempo from variables;";
//Array Multidimensional
$rawdata = getArraySQL($sql);
//Adaptar el tiempo
for($i=0;$i<count($rawdata);$i++){
$time = $rawdata[$i]["Tiempo"];
$date = new DateTime($time);
$rawdata[$i]["Tiempo"]=$date->getTimestamp()*1000;
}
?>
ARCHIVO PHP PARA ALMACENAMIENTO DE LAS VARIABLES DEL
ARDUINO A LA BDD (tesis.php)
<?php
$conexion = mysql_connect("localhost","arduino","12345"); // conexion al servidor
mysql_select_db("tesis",$conexion);// Conexion a la base de datos
$Tiempo = date('Y-m-d H:i:s'); // Captura la hora y fecha
mysql_query("INSERT INTO `variables`(TensionRed,
CorrienteRed,EnergiaRed,TensionReno,CorrienteReno,EnergiaReno,Tiempo) VALUES ('" .
$_GET['TensionRed'] . "','" . $_GET['CorrienteRed'] . "','" . $_GET['EnergiaRed'] . "','" .
$_GET['TensionReno'] . "','" . $_GET['CorrienteReno'] . "','" . $_GET['EnergiaReno'] . "','" . $Tiempo .
"')", $conexion); // petición al servidor de escribir variables en la tabla
?>
ARCHIVO PHP PARA ESCRITURA DE ARCHIVO LED.PHP PARA EL
CONTROL DE LA INSTALACIÓN EN MODO MANUAL, CONMUTACION
A FUENTE RED DE DISTRIBUCIÓN (cambiador.php) <?php
$textfile = "led.php";// nombre del archivo
$fileLocation = "$textfile";
$fh = fopen($fileLocation, 'w ') or die("Algo Fallo"); // Esto abre el archivo .txt para escribir y remplaza
su contenido
$stringToWrite = "<?php echo'hola=encender';?>";
fwrite($fh, $stringToWrite); // Escribe sobre el archivo .php
fclose($fh); //Cierra el archivo
header("location:usuarioadmitido3.php");
?>
ARCHIVO PHP PARA ESCRITURA DE ARCHIVO LED.PHP PARA EL
CONTROL DE LA INSTALACIÓN EN MODO MANUAL, CONMUTACION
A FUENTE RENOVABLE (cambiador1.php)
139
<?php
$textfile = "led.php";
$fileLocation = "$textfile";
$fh = fopen($fileLocation, 'w ') or die("Algo Fallo"); // Esto abre el archivo .txt para escribir y
remplaza su contenido
$stringToWrite = "<?php echo'hola=apagado';?>"; // Escribe 1 o 0 dependiendo de la respuesta
obtenida en index.html
fwrite($fh, $stringToWrite); // Escribe sobre el archivo .txt
fclose($fh);
header("location:usuarioadmitido3.php");
?>
ARCHIVO PHP PARA ESCRITURA DE ARCHIVO LED.PHP PARA EL
CONTROL DE LA INSTALACIÓN EN MODO AUTOMATICO
(cambiador2.php)
<?php
$textfile = "led.php";
$fileLocation = "$textfile";
$fh = fopen($fileLocation, 'w ') or die("Algo Fallo"); // Esto abre el archivo .txt para escribir y
remplaza su contenido
$stringToWrite = "<?php echo'hola=automatico';?>"; // Escribe 1 o 0 dependiendo de la respuesta
obtenida en index.html
fwrite($fh, $stringToWrite); // Escribe sobre el archivo .txt
fclose($fh);
header("location:usuarioadmitido3.php");
?>
ARCHIVO PHP PARA CERRAR SESIÓN (cerrarsesion.php)
<?php
session_destroy(); //termina sesion
header("location:login.html");
?>