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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA BASADO EN INTERNET DE LAS COSAS PARA MONITOREAR EL CONSUMO

ENERGÉTICO POR MEDIO DE UN APLICATIVO MÓVIL

DAVID ALEXANDER ORTIZ RANGEL

CRISTIAN CAMILO VELA MERCHÁN

TUTOR: EDUARD GALVIS RESTREPO, PhD

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CONTENIDO

1. Introducción2. Objetivos3. Diseño y desarrollo del proyecto4. Resultados5. Conclusiones y trabajos futuros

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PROBLEMA

Costos Impacto Ambiental

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Figura 1. Consumo de energía eléctrica por sectores en Colombia. Fuente: UPME

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PROBLEMÁTICA DE CONSUMO EXCESIVO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN COLOMBIA

La conectividad a través de este medio en ordenadores, teléfonos inteligentes, y hastaincluso electrodomésticos y otros dispositivos, son ahora los recursos donde lainformación sobreabunda, y ¿Por qué no usar este medio para contribuir con ladisminución del derroche de energía eléctrica?

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PROBLEMÁTICA DE CONSUMO EXCESIVO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN COLOMBIA

Un aplicativo móvil que controla en detalle el consumodel hogar y notifica al usuario de cualquier acción quesea necesaria tomar para disminuir el uso de potenciaeléctrica.

Un sistema que mejora el sector económico enlas viviendas, y también reduce a su mínimaradiación los gases contaminantes.

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MARCO CONTEXTUAL

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Diseñar e implementar un sistema basado en el internet de las cosasmediante el uso de un microprocesador para fomentar las buenasprácticas al consumo de un recinto cerrado por medio de un aplicativomóvil.

OBJETIVO GENERAL

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OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Identificar el estado del arte y el marco contextual del proyecto.

• Diseñar una aplicación móvil para el sistema operativo Android.

• Disponer de recursos que permitan la medición de la corriente eléctrica y asímismo disponer de un sistema de control On-Off para las salidas relacionadas conel consumo de potencia eléctrica.

• Implementar un sistema basado en internet de las cosas empleando una tarjeta dedesarrollo basado en microprocesador.

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Dinámica del sistema de control para un dispositivo eléctrico

Diagrama de clases en Lenguaje Unificado de Modelado (UML) del sistema de control.

DISEÑO

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HERRAMIENTAS

Tarjeta de desarrollo Raspberry Pi 3 (Izquierda) y su distribución de pines (Derecha).

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HERRAMIENTAS

Sensor de corriente AC TA12-100 (Izquierda) y ADC ADS1115 (Derecha).

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• Frecuencia de muestreo:

• Resolución del módulo de conversión Análogo-Digital (ADC):

• Fórmula de conversión de Voltaje para el módulo ADC:

𝑥 𝑛 =𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 𝐴𝐷𝐶

ሻ𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (ℎ𝑧∗ 𝑛° 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠 =

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60∗ 860 = 57.333 Τ𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑠

𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 =32767

6144= 0.1875 𝑚 Τ𝑉 𝑏 𝑖𝑡

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 =𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 ∗ 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝐴𝐷𝐶

𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠=𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 ∗ 0.1875

1000𝑉

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FORMULAS PARA HACER USO DEL ADC

• Obtención del parámetro de corriente pico a pico del sensor de corriente alterna TA12-100:

• Fórmula de Potencia eléctrica RMS:

𝐼𝑃−𝑃(𝐴ሻ =𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟

200 Ω∗ 1000

𝐼𝑅𝑀𝑆(𝐴ሻ = 𝐼𝑃−𝑃 ∗2

2

𝑃𝑅𝑀𝑆(𝑊ሻ = 𝐼 ∗ 𝑉 = 𝐼𝑅𝑀𝑆 ∗ 120𝑉

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FORMULAS USO DEL SENSOR DE CORRIENTE

Diseño esquemático para el control de encendido y apagado de un dispositivo con voltaje AC.

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ESQUEMA DE CIRCUITO DE CONTROL

Figura 5. Plataforma IoT Thingspeak con canales de información 1 y 2.

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PLATAFORMA DE ALMACENAMIENTO THINGSPEAK

Diagrama de flujo de la programación del sistema de medición y control mediante un microprocesador.

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PROGRAMACIÓN EN LENGUAJE PYTHON

Bloque de código de App Inventor Block Editor.

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DISEÑO Y PROGRAMACIÓN DEL APLICATIVO MÓVIL

ELECTRODOMESTICO CANTIDAD TIEMPO DE USO DIARIO (min)CONSUMO DE ENERGIA x

HORA (Wh)PRECIO x HORA (COP)

Televisor 1 10 110 42,620809

Teléfono inalámbrico 1 10 30 11,623857

Equipo de sonido 1 10 80 30,996952

DVD 1 10 30 11,623857

Ventilador 1 10 50 19,373095

Aire Acondicionado 1 10 1000 387,4619

Calentador eléctrico 1 10 1500 581,19285

Computador 1 10 100 38,74619

Máquina de coser 1 10 100 38,74619

Grabadora 1 10 100 38,74619

DESARROLLO DEL PROYECTO

Indicadores de consumo de energía eléctrica en Colombia

Tabla 1. Tabla de consumo de energía eléctrica. Fuente: Simulador de Consumo de Codensa.

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RESULTADOS: APLICATIVO MOVIL

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Pantalla principal, registro del canal de Thingspeak y selección de campos de información.

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RESULTADOS: APLICATIVO MOVIL

Campos 1 y 4, asignación de un valor máximo de consumo de potencia eléctrica.

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Campo 2, control On-Off de consumo de potencia de los dispositivos eléctricos y electrónicos. Consumo excesivo y reprogramación del análisis de consumo del mismo.

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Campo 5, control On-Off de consumo de potencia de los dispositivos eléctricos y electrónicos. Consumo óptimo.

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Campos 3 y 6, asignación de un valor máximo de consumo de potencia eléctrica.

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Sistema de control de encendido y apagado controlado por una tarjeta de desarrollo basado en microprocesadores para un dispositivo eléctrico.

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RESULTADOS: IMPLEMENTACIÓN

Video. Funcionamiento del sistema de control de encendido y apagado controlado por una tarjeta de desarrollo basado en microprocesadores para un dispositivo eléctrico.

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RESULTADOS: EJEMPLO IMPLEMENTACIONDía Hora kWh ∆Energía

24-jul 0:00 1315053,0

24-jul 5:00 131508

25-jul 0:00 1315270,5

25-jul 5:00 131527

• El diseño y la implementación del circuito electrónico que realiza la medición de potencia y elcontrol de las cargas eléctricas permite un funcionamiento confiable y sencillo.

• El sensor de corriente AC TA12-100 funcionó adecuadamente en las mediciones de la variableeléctrica.

• La implementación del aplicativo móvil como interfaz amigable al usuario y se utiliza para lavisualización de parámetros eléctricos relacionados con el consumo de energía eléctrica deelectrodomésticos .

• La versatilidad de uso y las características que posee la tarjeta Raspberry Pi permitió laejecución de múltiples acciones y tareas.

• Se proyecta este diseño como un prototipo para concientizar a la sociedad del ahorro y el usoadecuado de cada uno de los dispositivos eléctricos y electrónicos.

CONCLUSIONES

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• Programar la autenticación de los registros de la base de datos para el aplicativo móvil, con elfin de brindar un mecanismo de identificación eficiente para todos los usuarios y unavalidación de certificados.

• Resulta conveniente cambiar el método de medición de potencia eléctrica.

• Es pertinente cambiar la plataforma de programación de aplicativos móviles App Inventordebido a que resulta difícil el desarrollo de aplicaciones con un mayor nivel de complejidad ysolo permite el desarrollo de aplicaciones móviles que operen conectándose a internet.

• Se sugiere utilizar un software especializado que esté instalado en el equipo.

• Dadas las limitaciones de la plataforma Iot Thingspeak, se sugiere utilizar otra plataformapara el almacenamiento de datos en la nube, como por ejemplo Ubidots.

TRABAJOS FUTUROS

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• E-URE - USO RACIONAL DE ENERGÍA. (Febrero de 2017). Gestión e Indicadores Energéticos. Obtenido de http://www.si3ea.gov.co/Eure/16/inicio.html

• JADHAV, R. V., LOKHANDE, S. S., & GOHOKAR, V. N. (2016). Energy Management System in Smart Grid using Internet of Things. Pune, India: IEEE International Conferences.

• ANSYS INC. (2010). Energy Efficiency IoT-Based Smart Home. Canonsburg, PA, USA.

• HÜLS, J., & REMKE, A. (2016). Energy storage in Smart Homes: Grid-convenience versus self-use and survivability. Münster, Alemania: IEEE 24th International Symposium on Modeling, Analysis and Simulation of Computer and Telecommunication Systems.

• NOORWALI, A., RAO, R., & SHAMI, A. (2012). Wireless Home Area Networks in Smart Grids: Modelling and Delay Analysis. Londres, Inglaterra: Innovation Centre for InformationEngineering (ICIE).

• VISCONTI, P., & PRIMICERI, P. (2016). Wireless monitoring and driving system of household facilities for power consumption savings remotely controlled by Internet. Lecce, Italia: Cavalera s.r.l.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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Gracias!