Sistema de medición para una red AMI

Sistema de medici´on para una red AMI presentado a Diego Fernando Rueda November 30, 2013

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´ INTRODUCCION

En la u ´ltima d´ecada, los servicios energ´eticos han adquirido paulatinamente gran importancia, conforme la vida humana se sumerge en un mundo cada vez m´ as tecnol´ ogico. Mientras esto siga sucediendo la vida humana incrementar´a su dependencia a los servicios el´ectricos. Surge as´ı, la necesidad de utilizar nuevas alternativas, m´ as eficientes, para la generaci´on de energ´ıa. Smart Grid [1] es una infraestructura la c´ ual, mediante sistemas de medici´on y monitoreo, logra otimizar el uso de la energ´ıa en reduciendo perdidas e integrando fuentes de generaci´ on renovable. En el proyecto a desarrollar se enfocara en el desarrollo de una nueva alternativa para los sistemas de medici´on o redes AMI (Advanced Metering Infrastructure). La medici´on del consumo exacto de energ´ıa es un elemento crucial para el sistema el´ectrico. Conocer con exactitud cu´al es el consumo energ´etico que se exige en una ciudad, es una informaci´on necesaria para producir el nivel ´ optimo de energ´ıa requerida por la poblaci´on. Al comprender ´este consumo, se facilitala producci´on de energ´ıa con mayores niveles de eficiencia, lo cual genera un impacto positivo al medio ambiente [2]. El prop´ osito de ´este proyecto es llevar a cabo las mediciones del consumo energ´etico a nivel de hogar, ´esto con el fin de entender cual es el consumo energ´etico en sectores espec´ıficos de la ciudad. La toma de los datos del consumo es escencial para el sector energ´etico, dado que permite la generaci´on de energ´ıa en niveles ´ optimos, lo cual conlleva a reducciones de p´erdidas. Actualmente son pocos los pa´ıses que cuentan con una infraestructura de Smart Grid para el monitoreo del consumo de energ´ıa de su poblaci´on. El proyecto surge debido a la dificultad que tienen muchos pa´ıses para poder integrar el proyecto planteado a la infraestructura y busca brindar nuevas alternativas con un nivel econ´omico m´ as asequible para una ciudad. Un ejemplo de este proceso de innovacion surgio con el trabajo que realiz´o “Jigar Shah” el cual con su empresa Carbon War Room genero un cambio frente a la generacion de energia mediante paneles solares. “Jigar Shah” cuyo trabajo revolucion´ o la forma en que se ve´ıa el proceso de vender energ´ıa solar. Anteriormente, la energ´ıa solar se vend´ıa como un todo, en cuanto a que se ten´ıa que comprar todos los instrumentos, paneles, bater´ıas, estructuras y construcci´on. Para llevar todo esto a cabo se ten´ıan que realizar inversiones grandes en cuanto a mano de obra mantenimiento y materiales. Todo este proceso no era rentable 1

para las empresas, por lo que nunca adquir´ıan el producto. Todo este proceso hac´ıa que invertir en energ´ıa solar, para una empresa, simplemente no fuese una alternativa. Es debido a este tipo de problemas que se estaban presentando en el mercado que “Jigar Shah” creo una nueva forma de ver y de concebir la energ´ıa solar. “Jigar Shah” viendo el problema existente en cuanto a la energ´ıa solar, cre´o un nuevo e innovador modelo de negocio el cual hace que la creaci´on de energ´ıa mediante un recurso solar se hiciera m´as tentador, y una alternativa viable para las empresas. Lo que “Jigar Shah” realiz´o fue dejar de lado el antiguo modelo de generaci´ on de la energ´ıa solar, en el cual miembros los cuales adquir´ıan el producto ten´ıan que comprar todos los equipos y realizar las instalaciones. Por el contrario, ´el cre´ o un modelo de negocio en el cual las empresas no compraban todo los equipos, sino que las empresas compraban los paquetes de energ´ıa solar, pero no ten´ıan que comprar ning´ un equipo. La empresa de “Jigar Shah” cre´ o la posibilidad de que una empresa pudiera adquirir su propia energ´ıa, sin realizar una gran inversi´ on, el instalaba todos los equipos y las empresas solo ten´ıan que pagar una misma suma de dinero cada mes por todo el servicio que “Jigar Shah” prestaba.

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OBJETIVOS

El objetivo del proyecto es crear una visi´on revolucionaria de lo que se est´a haciendo actualmente en el mercado energ´etico, y generar una nueva alternativa a futuro para el mundo. Este cambio en el modelo econ´omico gener´o un gran inter´es en las empresas por adquirir este tipo de servicios, y es precisamente lo que se desea crear con el proyecto planteado. Buscar una nueva alternativa econ´omica y un nuevo modelo de negocio el cual permita que estas medidas puedan ser adquiridas por las empresas. Este modelo busca por otra parte integrar al usuario, como una parte primordial del sistema, en el cual ´el tenga informaci´on de primera mano y por otra parte que se le brinde informaci´on que sea beneficiosa para su hogar. El proyecto plantea que el modelo de informaci´on del consumo de energ´ıa en un hogar o en una ciudad sea manejado por una misma entidad, pero ´esta suministra la informaci´ on por un costo muy inferior al costo de la inversi´on de la infraestructura de telecomunicaciones para el sistema de adquisici´on de datos. Teniendo esta informaci´ on se pueden generar modelos estad´ısticos de c´omo se comporta el consumo de energ´ıa en las ciudades, y con esto crear modelos estad´ısticos los cuales ayudan a la predicci´on del consumo energ´etico. Pero acceder a estas predicciones y a estos modelos, tiene un costo que debe ser asumido por las empresas, las cuales requieren saber exactamente cu´anta energ´ıa generar y esto ayuda a la reducci´ on de p´erdidas, realizar una generaci´on de energ´ıa de un modo m´ as responsable y generar un impacto positivo al medio ambiente.

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2.1

Objetivo General

El objetivo de este proyecto es el dise˜ no e implementaci´on de una red AMI en un contexto espec´ıfico para dar respuesta a la demanda de tipo precio (TBP).

2.2

Objetivos Espec´ıficos

• Caracterizar, bajo el punto de vista de las comunicaciones, el circuito en el cual se va a implementar la red AMI. • Se realizar´ a un an´ alisis t´ecnico completo del dise˜ no de una red AMI partiendo de un estudio apropiado de las caracter´ısticas de la zona. • Se presentar´ a un estudio completo en t´erminos econ´omicos del proyecto.

2.3

Alcance y producto final

Se presentar´ a el dise˜ no de un sistema de medici´on para una red AMI que d´e respuesta a la demanda en un circuito de Bogot´a y se expondr´a la viabilidad del proyecto en t´erminos econ´ omicos. Mediante el uso de componentes comerciales y de dispositivos que se encuentran actualmente en el mercado, se plantea el desarrollo e implementaci´on de un medidor de corriente el cual pueda, mediante c´alculos y operaciones aritm´eticas, estimar el consumo de energ´ıa en una casa, una oficina, una f´abrica. . . etc. El dispositivo entregara un valor del consumo energ´etico, esto se hace con el fin de generar las gr´ aficas del consumo de esta zona. Teniendo estos datos y viendo c´ omo se comportan a lo largo de un periodo de tiempo (3 semanas 1 mes) se podr´ a generar predicciones del consumo. Generar modelos estad´ısticos es una cuesti´ on que est´ a por fuera de los alcances de esta t´esis, pero esta informaci´on es la base para la generaci´ on de estos modelos estad´ısticos. Actualmente el prototipo se encuentra trabajando y lo tiene en este momento alrededor de 816 horas de trabajo, la informaci´on que suministra el prototipo permitir´ a generar patrones de consumo que puede ser usado tanto por el sector energ´etico como para las empresas que deseen adquirir el producto. El consumo se puede analizar mediante el uso de un circuito de corriente el cual es caracterizado el cual puede ser analizar cu´al es el consumo del medio el cual se est´a analizando. Estos datos se enviaran v´ıa y ser´an graficados en un medio virtual para entender cu´ ales son los patrones de consumo.

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´ ´ DESCRIPCION DE LA PROBLEMATICA ´ DEL TRABAJO Y JUSTIFICACION

El problema surge al momento de implementar los sistemas de medici´on y de comunicaciones los cuales hacen parte de la red; en muchas ocasiones es un verdadero inconveniente burocr´ atico y financiero. Esto se debe a que es un proceso muy costoso y que esencialmente sigue siendo m´as rentable continuar con el sistema actual de medici´ on y de modelos estad´ısticos. Pero es mundialmente reconocido que este sistema es un problema, debido a que se siguen generando 3

errores en el sistema y las p´erdidas del circuito el´ectrico llegan al orden de miles de millones de pesos al a˜ no [3]. Con esto en mente, se plantea un sistema el cual permita realizar c´ alculos predictivos y modelos m´as eficientes para el sector energ´etico, esto con el fin de disminuir las p´erdidas en el sistema el´ectrico y a su vez ayudar a generar un sistema mucho m´as eficiente [4]. Conociendo ´esta problem´ atica se pueden generar una cantidad de alternativas para darle soluci´ on, pero para efectos de este proyecto se har´a ´enfasis en la medici´ on del consumo energ´etico. Teniendo ´esta informaci´on se pueden realizar avances en diferentes temas como: generar modelos estad´ısticos m´as eficientes, tener conocimientos de fallas en el sistema y entender el comportamiento del consumo, todo esto conlleva a una generaci´on de energ´ıa m´as eficiente. Todas estas son las razones por las cuales se implementa una red AMI, pero debido al hecho de que muchos de los pa´ıses no son capaces de generar la infraestructura que requiere para un correcto trabajo, son muy escasos los casos que existen en el mundo. Se ha buscado nuevas alternativas m´as econ´omicas y que hagan frente a ´esta problem´ atica. La soluci´ on de este problema surge al comprender la infraestructura actual y pensando en los intentos que se han hecho para aplicar ese tipo de infraestructura. En el caso de Colombia, se han hecho todos los estudios pertinentes, pero todos han demostrado que cualquier tipo de infraestructura de telecomunicaciones no es algo viable para el pa´ıs y es mejor seguir con el sistema de medici´ on con el cual se cuenta actualmente. Es por esta raz´on que el proyecto basado en un punto de vista macro, pretende desarrollar un medidor inteligente el cual permitir´ a realizar medidas y enviar la informaci´on usando la infraestructura actualmente existente como lo es Wi-Fii o Internet de la red de telefon´ıa celular[5].

4 4.1

´ ´ MARCO TEORICO E HISTORICO Marco Te´ orico

La importancia de las redes inteligentes ha venido cogiendo mucha m´as fuerza, en la u ´ltima d´ecada, ya que cada d´ıa se hace cada vez m´as importante usar la energ´ıa de una forma eficiente. Mediante las redes inteligentes se busca garantizar un mejor sistema para todos los usuarios, en el cual se brinde un mejor uso y generaci´ on de la energ´ıa. Esto con el fin de mejorar la calidad y disminuir los costos. Todo esto se puede desarrollar en el mundo de las telecomunicaciones y es precisamente en este punto donde se desea trabajar y donde se desea desarrollar todo el proyecto. Teniendo encuentra lo anterior se desea enfocar en los sistemas AMI, Advance Metering infrastructure, para dise˜ nar e implementar una red de comunicaciones, la cual se pueda ejecutar en el ´area de Bogot´a, y que brinde un sistema seguro y fiable para los usuarios. El desarrollo de la red AMI parte de la comunicaci´ on [6] que existe entre cada uno de los medidores inteligentes y el sistema de distribuci´on.

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4.2

Marco Hist´ orico

La primera red inteligente que se cre´o en el mundo fue en Austin Texas la cual interconect´ o a 200.000 personas inicialmente. Se hizo con el fin de generar un sistema de energ´ıa mucho m´ as confiable y eficiente. Basado en este esquema se cre´ o una empresa la cual permitiera la conexi´on de diferentes medios de generaci´ on de energ´ıa en gran medida sistemas de energ´ıa renovables. La importancia de las redes inteligentes ha venido cogiendo mucha m´as fuerza, en la u ´ltima d´ecada, ya que el problema se ha hecho cada vez m´as importante. Mediante las redes inteligentes se busca garantizar un mejor sistema para todos los usuarios y un mejor uso y generaci´on de la energ´ıa. Esto con el fin de mejorar la calidad y disminuir los costos. Todo esto se puede desarrollar en el mundo de las telecomunicaciones y es precisamente en este punto donde se desea trabajar y desarrollar todo el proyecto. Teniendo encuentra lo anterior se desea enfocar en los sistemas AMI, Advance metric infrastructure, para dise˜ nar e implementar una red de comunicaciones la cual pueda soportar a este tipo de infraestructuras. Unos estudios realizados en la ciudad de Austin Texas[7] [8] [9], desde 2003 han venido creando la primera red inteligente, que en su momento logr´o interconectar a 200.000 usuarios y se ten´ıa proyectado tener 500.000 mil usuarios conectados a la red para finales del 2009. Mediante estudios se ha comprobado que ha sido una herramienta que ayuda tanto a los usuarios como a los conglomerados que generan la energ´ıa Solo en los estados unidos se estima que se ahorran 700 millones de d´ olares [4] al a˜ no debido a los miles de medidores que hacen parte de la red AMI. Son estos medidores los que permiten hacer un estudio m´ as minucioso del consumo del pa´ıs y permite generar una los niveles requeridos disminuyendo las p´erdidas y manteniendo un ´optimo en la trasmisi´on. En el pa´ıs se han hecho estudios para la implementaci´on Smart Grids pero estos no han llegado a implementarse. Esto se debe en gran medida a que se ha investigado poco al respecto. Pero es ahora que los temas alrededor de los sistemas de Smart Grid han adquirido m´as importancia a nivel internacional y han surgido nuevos estudios y numerosos documentos los cuales hablan de diferentes aspectos alrededor de este tema, y otros documentos que hacen una descripci´ on de costos y ventajas econ´omicas de los mismos.

5 5.1

´ Y ESPECIFICACION ´ DEL TRADEFINICION BAJO Definici´ on

El problema se puede delimitar bajo muchos puntos de vista pero se enfoca en dos perspectivas econ´ omicas principales (a nivel pa´ıs y a nivel personal). El primer punto a tratar es el ´ ambito econ´omico que puede llegar a representar a la sociedad colombiana. Este impacto econ´omico se puede ver reflejado en dos situaciones expresadas a continuaci´on. En primer lugar, para el a˜ no 2012, en Colombia exist´ıan perdidas de cerca del 19.7 Por otro lado el segundo impacto que este proyecto puede llegar a generar es un impacto a la personas directamente. El impacto se puede ver en la medida

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que un grupo familia es consciente de cu´al es el consumo de energ´ıa, el cual las familias tienen en sus hogares o una empresa tiene en sus f´abricas, esto con el fin de que ellos puedan regular ese consumo y reducirlo [12]. A lo largo de las u ´ltimas dos d´ecadas se han hecho estudios sobre grupos familiares, en t´erminos del consumo el´ectrico de gas y de agua. En cada uno de ellos se llega al mismo resultado: un grupo familiar que conoce con certeza cu´al es el gasto que tiene en energ´ıa gas o agua, tiene una tendencia a reducir su consumo, debido a que son cocientes de que existe un gasto no justificado. Es por esta raz´on que con el proyecto se puede generar una conciencia de cu´al es el consumo de una persona o una empresa y generar un impacto directo sobre los mismos permiti´endoles reducir los gastos que tienen.

5.2

Especificaciones

El proyecto tiene que generar una toma de datos de consumo de potencia de un sistema en particular. Para ello se realiz´o la medici´on de la potencia consumida, por lo cual se mide directamente la corriente que entra al sistema, aunque en un sentido estricto, la medici´ on del voltaje tambi´en es importante, dado que al compararlo con a la corriente se obtiene el valor del factor de potencia. El factor ´ CREG 108 de potencia se asumi´ o como constante debido a que RESOLUCION DE 1997 Articulo 25 P´ arrafo 1 [13] estima un l´ımite legal para el mismo. Asumiendo este valor constante, siendo este el l´ımite legal, permiti´o que el trabajo se enfocara en la medici´ on de la corriente y que el dispositivo realmente generara un canal de comunicaci´ on usando internet para lograr enviar los datos medidos. Otra informaci´ on dentro del proyecto que adquiri´o un nivel de prioridad m´ınimo es el tama˜ no de los datos al ser enviados al servidor. Esto b´asicamente de debe a que el flujo de informaci´on es insignificante con la capacidad del sistema, pero hay que tener en cuenta que en futuras generaciones se tendr´a un n´ umero de datos superior lo que permite analizar el sistema con mayor precisi´on. Las decisiones tomadas permiten que el proyecto pueda llevarse a cabo cumpliendo cada uno de los objetivos definidos para el proyecto. Pero las decisiones tomadas sobre el proyecto permiten que en futuras generaciones se puedan generar nuevas investigaciones sobre el mismo y debido a la gran importancia de este tema y del inter´es mundial del mismo deja las puertas abiertas para que se generen nuevas investigaciones alrededor del tema.

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METODOLOG´IA DEL TRABAJO

Antes de tener un esquema del proyecto y de tener el planteamiento para el desarrollo de la t´esis, hubo un estudio previo, en temas que conciernen a las redes AMI. Los temas inclu´ıan trabajos e investigaciones alrededor del mundo y de Colombia. El estudio realizado fue basado en lecturas y publicaciones tanto nacionales como internacionales, otros documentos en los cuales se investigan diversos temas alrededor de una red AMI. El objetivo del proyecto era generar un prototipo, capaz de medir el consumo de energ´ıa, pero que por encima de todo tenga la capacidad de generar una comunicaci´on notablemente m´as econ´omica. Para ello se tom´ o como especificaci´on el uso de internet, con el cual se enviaran los datos que genere el prototipo. Independientemente de la forma en c´omo se

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adquiera el internet, sea v´ıa wifi o v´ıa ethernet o internet m´ovil, es buscar una variedad en las comunicaciones lo cual le brinda versatilidad al mismo producto. Una vez se tiene claro cu´ al era el objetivo macro del proyecto se definieron los diferentes temas por los cuales se pretende impactar la sociedad colombiana, esto con el fin de que el prop´osito de la tesis no sea simplemente generar un producto que salga al mercado, sino que este producto realmente sea una fuente de cambio a la realidad colombiana. El producto puede generar un impacto econ´ omico a la sociedad colombiana, reduciendo las perdidas en el sistema el´ectrico o permiti´endole reducir el los niveles de egresos en las casa de las familias Colombianas. El desarrollo del todo el proyecto se llev´o a cabo en 3 fases espec´ıficas: 1. Instalaci´ on del servidor 2. Sistema de adquisici´on y envi´o de datos 3. Medici´on del consumo:

1. La instalaci´ on del servidor se realiz´o en primer lugar. Este se realiz´o en el computador del cub´ıculo ML 015 el cual se encuentra trabajando las 24 horas del d´ıa, esto permite realizar el monitoreo de los cambios del consumo y permite la visualizaci´on en forma de gr´afica de los datos que se han ido almacenando. 2. El sistema de adquisici´ on y envi´o de datos. La segunda fase es la esencia misma del proyecto, esto se debe a que el proyecto surge como iniciativa al desarrollo sobre la tarjeta de desarrollo Beaglebone Black. Este sistema es el coraz´ on del proyecto compuesto por un computador de un precio muy baj´ o en el mercado (44 d´olares). La tarjeta permite generar conexiones a internet de forma vers´atil mediante el uso de Ethernet o el uso de Wi-Fii o mediante internet m´ovil. La tarjeta corre el sistema operativo GNU/Linux el cual mediante el uso de PYTHON permite el uso de las entradas y salidas del microprocesador. El caso del proyecto se us´o el puerto ADC mediante el cual se lee los datos, los cuales provienen de la 3ra fase del proyecto. Estos una vez han sido le´ıdos por procesador se interpretan y se realizan operaciones aritm´eticas las cuales permiten el c´alculo del consumo de potencia. Por otro lado y de forma paralela la tarjeta de desarrollo permite enviar los datos v´ıa Ethernet para que estos puedan ser almacenados. 3. La tercera fase del proyecto consiste en el desarrollo del medidor de corriente con el cual se plantea medir la potencia que consume el cub´ıculo. El medidor es un dispositivo el cual se puede adquirir en tiendas de electr´onica de Bogot´ a y que su uso es muy simple en t´erminos generales. Se us´o el ACS714ELC-20A que es un sensor de corriente electr´onico, el cual genera un valor de voltaje proporcional a la corriente de entrada del circuito, este en particular tiene la capacidad de medir hasta 20 amperios de corriente.

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6.1

Plan de trabajo

En promedio cada etapa duro alrededor de un 1 mes. En caso de la primera etapa se opt´ o por un sistema el cual no ten´ıa ning´ un costo y que segu´ıa siendo una de las metas de esta tesis, por lo cual se us´o los servicios de GOOGLE, que permiten el almacenamiento de datos en la nube y permit´ıa usarlos en el momento en que son requeridos. A su vez el servidor tomaba los datos de la nube y graficaba la informaci´ on en una p´agina web . El u ´nico inconveniente que presenta este servicio de GOOGLE es que solo puede ser usado por herramientas propias de GOOGLE como lo es GOOGLE CHROME. Para la segunda etapa sistema de adquisici´on y envi´o de datos, se tiene un programa que se ejecuta en PYTHON. Llev´o un tiempo considerable debido a las m´ ultiples pruebas y al entendimiento mismo de la herramienta PYTHON. Se estudiaron los diferentes m´etodos y los diferentes m´etodos que existen en el programa, esto se realiz´ o para generar un programa que fuera eficiente y que arrojara el resultado deseado, usando las librer´ıas necesarias. La etapa llevo 2 meses para el desarrollo completo. Para la tercera y u ´ltima fase, tuvo una duraci´on de dos semanas. La fase 3 fue la m´ as corta de todas debido a que ya exist´ıa un trabajo y un conocimientos previos, este trabajo fue realizado el semestre pasado en la materia de Instrumentaci´ on Electr´ onica en la cual se realiz´o un proyecto usando este medidor. Esto permiti´ o que al momento de hacer pruebas solo se necesitara realizar la linealizaci´ on y calibraci´ on de los datos para obtener datos precisos.

6.2

B´ usqueda de informaci´ on

Es importante destacar que la informaci´on acad´emica fue obtenida de las bases de datos de la IEEE , pero existi´o una cantidad considerable de informaci´on la cuales vinieron de diversas fuentes como blogs de desarrolladores en las cuales se explicaban procesos similares, los cuales fueron modificados para fines de este proyecto. En el caso de la tarjeta de desarrollo Beaglebone Black se busc´o informaci´ on en la p´ agina oficial de la misma tarjeta pero existen otras fuentes de proyectos muy sencillos los cuales usan la misma tarjeta que brindaron informaci´ on valiosa para el desarrollo del proyecto. M´ as all´ a de los conocimientos adquiridos durante la carrera es la visi´on cient´ıfica que se ha adquirido sobre los estudios. Dado que las tecnolog´ıas cambian tan r´ apido y pueden llegar a variar tanto una de la otra, los estudios que se han adquirido durante toda la carrera pueden llegar a ser en t´erminos generales anticuados u obsoletos. Es por eso que hay que resaltar la importancia de la visi´ on que se ha adquirido los estudios en especial, en c´omo estos han sido enfocados a la soluci´ on de problemas y a la investigaci´on e innovaci´on de las soluciones. El asesor cumpli´ o un papel crucial en el entendimiento del sistema operativo GNU/Linux sobre el cual trabaja la tarjeta de desarrollo Beaglebone Black. Esto se deb´ıa a que los conocimientos que exist´ıan de este sistema operativo eran m´ınimos y llevo un tiempo importante la adaptaci´on al sistema operativo

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la cual comenz´ o incluso antes de comenzar el semestre.

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TRABAJO REALIZADO

Como se mencion´ o en cap´ıtulos anteriores el trabajo se desarroll´o en 3 fases diferentes: la primera la puesta en marcha del servidor y de la p´agina web sobre la cual se observan los datos, la segunda era el m´odulo de adquisici´on de datos y de envi´ o de los datos y la tercera y u ´ltima fue el m´odulo de medici´on de corriente. Cada uno de ellos cumpl´ıa con una parte importante para el desarrollo de la tesis y se opt´ o en este orden debido a que cada uno era la validaci´on del siguiente. Como resultado se genera una interfaz sobre la cual es usuario puede adquirir la informaci´ on del consumo de energ´ıa. El cual lleva hasta el momento, esto se hace instalando el dispositivo en la casa o en una en la oficina o f´abrica o b´ asicamente el medio sobre el cual est´a m´as interesado en generar una medici´on del consumo.

7.1

Descripci´ on del Resultado Final

Tener trabajando el servidor era un claro indicador de que la fase 2 realmente estaba cumpliendo con el deber de enviar los datos al servidor. En esta primera fase se implement´ o un c´ odigo muy simple de HTML el cual permite en t´erminos general indicar la hora en la cual se actualizo el sistema y adem´as de eso permite visualizar la gr´ afica de los valores obtenidos. Para la fase dos del proyecto se us´o la tarjeta de programaci´on Beaglebone Black cuyas entradas y salidas permite la comunicaci´on y la adquisici´on de los datos deseados. Todo el programa implementado sobre la tarjeta es basado en PYTHON, sobre el cual se gener´o un programa que durante una hora realizaba la toma de datos a una velocidad de 160 Hz. Esto se logr´o mediante una herramienta de THREATS lo cual permite ejecutar tarea durante una hora y despu´es enviar un resultado, para volver a comenzar con el proceso. La tarjeta durante cada segundo tomaba los datos que registraba en el puerto ADC a eso se le asociaba un valor de consumo en watts/segundo. El sensor el cual mide la corriente de entrada al sistema, arroja un valor de voltaje proporcional a la corriente de entrada. Esto permite mediante c´alculos dar un valor de la potencia consumida por el sistema. El proyecto arroja como resultado un consumo neto por hora. Una vez terminado el proceso de calcular el consumo durante una hora, mediante el uso de un URL se env´ıa la informaci´on deseada por internet, es por esta raz´ on que el servidor deb´ıa est´a correctamente montado para verificar que los datos efectivamente estaban siendo graficados. En la fase 3 del proyecto, la medici´on de la corriente, con lo cual se us´o un circuito logra medir la corriente que entra al sistema. Este circuito arroja un resultado entre 0 y 5 voltios dependiendo del valor de la corriente, para realizar esto de una forma correcta se realiz´o una linealizaci´on de los datos que arrojaba el medidor. Esto con el fin de que realmente los datos medidos y procesados sean coherentes con los valores reales.

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7.2

Trabajo computacional

Para generar datos correctos solo hubo la necesidad de generar una regresi´on lineal con el fin de caracterizar el comportamiento del sensor de corriente. Esto hecho hab´ıa que realizar un peque˜ no circuito de acondicionamiento con el cual reduc´ıa el voltaje de entrada al circuito de 5 voltios a 1.8 voltios. La informaci´on se del sensor se encuentra en el capitulo 8. En cuesti´ on a las simulaciones los procesos fueron simples con el sistema de env´ıo de los datos, debido a que el mismo programa de PYTHON permit´ıa generar estos datos. Para ello se usaron las librer´ıas de PYTHON urllib y urllib2 las cuales permiten mediante el uso de un URL enviar la informaci´on que recoge el la tarjeta. Por otro lado para la implementaci´on del servidor y graficar los datos en la p´ agina web, se usaron herramientas inform´aticas como GOOGLE. En este momento existe una tabla de datos a la cual se le est´a enviando informaci´on constante mente, el servidor solo busca esa informaci´on y la gr´afica en la p´agina web que se encuentra montada sobre este.

8 8.1

´ DEL TRABAJO VALIDACION Metodolog´ıa de prueba

Del mismo modo que existe 3 fases en el proyecto se dividieron en 3 pruebas las cuales validaban cada paso del proyecto. En el caso del servidor y de que los datos realmente estuviesen graficando lo que se requer´ıa se sub´ıan valores de forma manual los cuales mediante la p´agina la cual el servidor suministrase comprueba que el dato fue correctamente subido. El servidor constantemente va actualizando los datos. Aunque no se requiere un gran esfuerzo inform´atico dado que la informaci´ on ser´ a actualizada cada hora. Para la fase dos se realizaron 2 pruebas b´ asicas una primera era comprobar que realmente se estaba. Enviando los datos al servidor. Para ellos se ido una herramienta de PUTHON la cual usa la librer´ıa URL esto permite a PYTHON ejecutar un URL en espec´ıfico y es dentro de este URL que se encuentra la informaci´on la cual se desea subir al servidor. import os, time, threading, Queue, urllib, urllib2 import Adafruit_BBIO.ADC as ADC url = ’https://docs.google.com/a/aiesec.net/forms/d/1hM17ajJaYHWupPk4ngv0MpBIKbR UTZDZh5dYSz8WoEs/formResponse’ entry = ’entry_156270704’ encode = urllib.urlencode({entry:int(self.E)}) obj = urllib2.Request(url,encode) urllib2.urlopen(obj) En la segunda prueba tambi´en se usaba PYTHON con lo cual se usaba una librer´ıa espec´ıfica para usar los perif´ericos de la Beaglebone Black. Y si realmente de estaba generando los datos deseados pero m´as que si realmente est´ a generando los datos es el hecho de que este adquiriendo los datos

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import Adafruit_BBIO.ADC as ADC adc = ADC.read(’AIN1’) Para el sensor de corriente se le realiz´o una calibraci´on para tener conocimiento exacto de cu´ al es el comportamiento del mismo y entender cu´ales son los errores y como pueden llegar a afectar los resultados obtenidos en el prototipo. Para este caso se us´ o una resistencia de 10.9Ω y se obtuvo los datos de la Tabla 1. Table 1: Curva de calibraci´ on del sensor de corriente en Amperios, y Voltios Vin (V) Iout (A) Vsensor (V) 0.00 0.00 2.55 2.00 0.19 2.57 4.00 0.38 2.58 6.00 0.58 2.60 8.00 0.77 2.62 10.00 0.95 2.64 12.00 1.15 2.66 14.00 1.33 2.68 16.00 1.51 2.70 18.00 1.70 2.71 20.00 1.90 2.73 22.00 2.09 2.75 24.00 2.27 2.77 26.00 2.47 2.79 28.00 2.65 2.81 30.00 2.84 2.83 32.00 3.04 2.85 Se realiz´ o la gr´ afica para tener una mejor visualizaci´on, en la Figure 1 se puede ver con claridad que el sensor es bastante lineal. Vemos que la base de la escala es la corriente que entra al sensor y a medida que var´ıa la corriente var´ıa el voltaje de salida del sensor.

Figure 1: Curva de calibraci´on del sensor de corriente

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8.2

Validaci´ on de los resultados del trabajo

Para el proyecto de tesis se ten´ıa como objetivo, realizar la medici´on del consumo de energ´ıa de un espacio y que esta pueda tener acceso a dicha informaci´on. Para esto se realiz´ o la medici´ on de energ´ıa en el cub´ıculo ML-015 de la Universidad de los Andes. Estas mediciones que son subidos cada hora a internet son graficadas posteriormente en la p´agina del servidor Todos estos datos se encuentran graficados en la Figure 2, la cual muestra en el eje Y la potencia consumida y en el eje X el tiempo en el cual los datos fueron subidos. Donde se puede apreciar que los datos comienzan a subir el 24 de octubre y contin´ ua hasta el 25 de Noviembre. Durante el 4 y el 8 de noviembre se realizaron unas mediciones y un proceso de calibraci´on del dispositivo, es por esta raz´ on que durante ese periodo de tiempo no hay datos y abruptamente se modifican estos datos. Sin lugar a duda hay que empezar a analizar cada uno de los errores que existen en cada etapa hasta eliminarlos al m´aximo.

Figure 2: Curva de calibraci´on del sensor de corriente

En el caso del sensor de corriente se realiz´o un ajuste de los datos como se puede ver entre el d´ıa 4 y el d´ıa 8 de Noviembre. Esto se realiz´o usando bombillos los cuales me permit´ıan a m´ı tener datos m´as precisos solo conociendo cual es el consumo de potencia de un bombillo y realizando una peque˜ na curva con la prueba de cada bombillo. Justo despu´es del d´ıa 7 se ve un peque˜ no pico de valor 106, ese fue el u ´ltimo valor que quedo de una prueba con un bombillo de 100 watts. Pero tambi´en se realizaron 3 clases de bombillos de potencias diferentes. Y con ello se terminaron de calibrar los datos.

8.3

Evaluaci´ on del plan de trabajo

El plan de trabajo en t´erminos generales fue exitoso si bien no se sigui´o a cabalidad lo que se hab´ıa planteado dado que se realizaron modificaciones, estas conllevaron a una culminaci´ on exitosa del mismo. Estas modificaciones consist´ıan 12

en esquemas de trabajo, informaci´on que validara el trabajo, especificaciones del mismo dispositivo sin modificar los alcances del mismo. Por otro lado el trabajo aunque se hizo solo por una persona, hubo influencias de terceros en cuanto a informaci´ on valiosa para poder llevar a cabo el proyecto, informaci´on la cual incluyen consejos referencias, opiniones, etc. . . Como reflexi´ on frente a este trabajo se considera que hubiera sido de mayor utilidad tener una mayor iniciativa de comunicaci´on con el asesor por parte del estudiante. Pero de igual forma la relaci´on con el asesor fue buena y el siempre brindo informaci´ on e ideas sobre el proyecto.

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´ DISCUSION

Dentro de todo el trabajo realizado el desempe˜ no ha sido bueno aunque ha tenido unos peque˜ nos errores a lo largo de este mes en los cuales el dispositivo se deten´ıa o dejaba de enviar datos v´ıa internet. Otra cuesti´on a cambiar es que el dispositivo solo tiene un canal de comunicaci´on, solo env´ıa datos. En futuras generaciones el objetivo es que el dispositivo sea capaz de enviar m´as informaci´ on pero que tambi´en sea capaz de recibir informaci´on u ´ordenes las cuales pueda ejecutar. Esto se hace con el fin de que el usuario pueda tener m´as control del consumo de energ´ıa de su casa, pero que tambi´en desde la central de mando se puedan hacer an´ alisis del dispositivo e incluso generar mejoras del mismo. Con respecto a los resultados obtenidos, fueron satisfactorios con respecto a los objetivos planteados inicialmente. Aunque el estudio econ´omico no se llev´o a cabo es claro que la implementaci´on de este tipo de sistemas siempre generara un impacto econ´ omico sobre las personas por estudios ya realizado sobre el consumo en diferentes medios.

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CONCLUSIONES

A lo largo de este semestre y con todo el desarrollo planteado para la tesis, ha surgido alternativas por las cuales se deber´ıa enfocar el prototipo. Al momento de pensar un modelo de negocio se miraban 2 alternativas b´asicas en las cuales el prototipo de deber´ıa enfocar en dado caso de que se decidiera generar una empresa alrededor, y se representan en dos preguntas. ¿Es el cliente aquel que consume la energ´ıa? O ¿es el que efectivamente est´a generando la energ´ıa al pa´ıs? O ¿son los dos? Es debido a estas preguntas que se ha dado cuenta que realmente el dispositivo puede afectar de manera econ´omica a muchas esferas de la sociedad. Si bien uno de los objetivos espec´ıficos del proyecto es generar un estudio econ´ omico, pero este no se especific´o bajo que aspecto de est´a analizando sino que por el contrario permite al desarrollo de esta tesis poder diferentes faceta con diferentes impactos econ´omicos. Es sabido, no s´ olo desde el ´ambito de la electricidad sino de los diferentes servicios de una casa, que cuando una persona es consciente de cu´al es el consumo que est´ a teniendo en estos servicios ellas tienden a bajar el mismo hasta

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un 20 Es por esta misma raz´ on que mediante este proyecto de grado se deja planteado las diferentes alternativas sobre las cuales debe ser implementada y no s´olo eliminar las posibilidades. Como conclusi´on un producto desarrollado no debe ser generado para el enriquecimiento. Y que no se puede separaci´on entre El Progreso social y el desarrollo urbano. Esta ambivalencia tiene que ser la fuente de inspiraci´ on y la aspiraci´ on de las siguientes generaciones las cuales opten por estudiar en este campo. Es importante mirar nuevas posibilidades y nunca descartar una de ellas por la simple cuesti´on del dinero. Sino que sea El Progreso social el verdadero factor que defina los objetivos dentro de un proyecto.

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AGRADECIMIENTOS

Agradezco encarecidamente a Fredy Segura el asesor de este proyecto el cual brindo aporte en ideas y apoyo durante el proyecto. Agradezco a al Departamento de Ingenier´ıa El´ectrica y Electr´onica por suministrarme un espacio de trabajo en el cual pude hacer el desarrollo de la t´esis. Agradezco a la Universidad de los Andes por todos los conocimientos que he adquirido durante mis estudios en la misma universidad.

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REFERENCIAS

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