Sistema de monitoreo de energía inteligente: 5 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

En Kerala (India), el consumo de energía es monitoreado y calculado mediante frecuentes visitas de campo por parte de técnicos del departamento de electricidad / energía para el cálculo de la tarifa de energía, lo cual es una tarea que requiere mucho tiempo ya que habrá miles de casas en el área. No existe ninguna disposición para verificar o analizar el consumo de energía individual de las casas en un período de tiempo ni para crear un informe de flujo de energía en un área determinada. Este no es solo el caso de Kerala, sino en muchos lugares del mundo. Propongo un sistema de monitoreo de energía inteligente con la ayuda de Arduino para facilitar la inspección, monitoreo, análisis y cálculo de la tarifa de energía. El sistema carga constantemente datos de consumo de energía (utilizando una identificación de usuario única) a una base de datos en la nube con la ayuda de la conectividad en la nube del dispositivo. Además, permitirá generar gráficos e informes específicos del usuario o del área para analizar el consumo de energía y el flujo de energía de una casa individual o una región.

Suministros

1. Arduino Uno
2. Pantalla LCD
3. Sensor de corriente (ACS712)

Paso 1: Introducción

En Kerala (India), el consumo de energía es monitoreado y calculado mediante frecuentes visitas de campo por parte de técnicos del departamento de electricidad / energía para el cálculo de la tarifa de energía, lo cual es una tarea que requiere mucho tiempo ya que habrá miles de casas en el área. No existe ninguna disposición para verificar o analizar el consumo de energía individual de las casas en un período de tiempo ni para crear un informe de flujo de energía en un área determinada. Este no es solo el caso de Kerala, sino en muchos lugares del mundo.

Este proyecto implica el desarrollo de un sistema inteligente de monitoreo de energía que facilitará la inspección, monitoreo, análisis y cálculo de tarifas de energía. Además, el sistema permitirá generar gráficos e informes específicos del usuario o del área para analizar el consumo de energía y el flujo de energía. El módulo del sistema al que se le dará un código de usuario único para identificar la unidad de vivienda particular donde se debe medir el consumo de energía. El consumo de energía se controlará con la ayuda de un sensor de corriente conectado a una placa Arduino mediante una conexión analógica. Los datos de consumo de energía y el código de usuario único del usuario se cargarán en un servicio en la nube dedicado en tiempo real. El departamento de energía accederá y analizará los datos de la nube para calcular el consumo energético individual, generar gráficos energéticos individuales y colectivos, generar informes energéticos y realizar una inspección energética detallada. Se puede integrar un módulo de pantalla LCD en el sistema para mostrar valores de medición de energía en tiempo real. El sistema funcionará de forma independiente si se conecta una fuente de alimentación portátil, como una batería de celda seca o una batería Li-Po.

Paso 2: flujo de trabajo

El objetivo principal de este proyecto es optimizar y reducir el uso del consumo de energía por parte del usuario. Esto no solo reduce los costos generales de energía, sino que también ahorrará energía.

La energía de la red de CA se extrae y pasa a través del sensor de corriente que está integrado en el circuito doméstico. La corriente CA que pasa a través de la carga es detectada por el módulo del sensor de corriente (ACS712) y los datos de salida del sensor se alimentan al pin analógico (A0) del Arduino UNO. Una vez que Arduino recibe la entrada analógica, la medición de potencia / energía está dentro del boceto de Arduino. La potencia y la energía calculadas se muestran en el módulo de pantalla LCD. En el análisis de circuitos de CA, tanto el voltaje como la corriente varían sinusoidalmente con el tiempo.

Potencia real (P): esta es la potencia utilizada por el dispositivo para producir un trabajo útil. Se expresa en kW.

Potencia real = Voltaje (V) x Corriente (I) x cosΦ

Potencia reactiva (Q): a menudo se le llama potencia imaginaria, que es una medida de la potencia que oscila entre la fuente y la carga, que no realiza ningún trabajo útil. Se expresa en kVAr

Potencia reactiva = Voltaje (V) x Corriente (I) x sinΦ

Potencia aparente (S): se define como el producto del voltaje de la raíz cuadrada media (RMS) y la corriente RMS. Esto también se puede definir como la resultante de la potencia real y reactiva. Se expresa en kVA.

Potencia aparente = Voltaje (V) x Corriente (I)

La relación entre potencia real, reactiva y aparente:

Potencia real = Potencia aparente x cosΦ

Potencia reactiva = potencia aparente x senΦ

Solo nos preocupa el poder real para el análisis.

Factor de potencia (pf): la relación entre la potencia real y la potencia aparente en un circuito se denomina factor de potencia.

Factor de potencia = potencia real / potencia aparente

Por lo tanto, podemos medir todas las formas de potencia, así como el factor de potencia, midiendo el voltaje y la corriente en el circuito. En la siguiente sección se analizan los pasos dados para obtener las medidas necesarias para calcular el consumo de energía.

La corriente CA se mide convencionalmente utilizando un transformador de corriente. Se eligió el ACS712 como sensor de corriente debido a su bajo costo y tamaño más pequeño. El sensor de corriente ACS712 es un sensor de corriente de efecto Hall que mide con precisión la corriente cuando se induce. Se detecta el campo magnético alrededor del cable de CA, lo que proporciona el voltaje de salida analógico equivalente. Luego, el microcontrolador procesa la salida de voltaje analógico para medir el flujo de corriente a través de la carga.

El efecto Hall es la producción de una diferencia de voltaje (el voltaje de Hall) a través de un conductor eléctrico, transversal a una corriente eléctrica en el conductor y un campo magnético perpendicular a la corriente.

Paso 3: prueba

El código fuente se actualiza aquí.

La figura muestra la salida en serie del cálculo de energía.

Paso 4: prototipo

Paso 5: referencias

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