Diseño y Prototipado de Una Vivienda Inteligente Con Arduino para El Ahorro de Energia Electrica.

 

DISEÑO Y PROTOTIPO DE UNA VIVIENDA INTELIGENTE CON ARDUINO PARA EL AHORRO DE ENERGIA ELECTRICA

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN La electricidad ha elevado el nivel de confort de nuestras casas y gracias a esta hemos creado electrodomésticos que son capaces de funcionar de manera casi autónoma. Nos ha cambiado la vida como pocas tecnologías lo habían hecho a lo largo de la historia. El problema radica en la alta tasa de crecimiento demográfico que implica una mayor demanda de energía eléctrica para satisfacer la calidad de vida de la población mundial. En octubre de 2011 la población mundial era de 7.000 millones de personas y a mediados de 2015, la población mundial alcanzó los 7.300 millones de personas, lo que significa que, en 12 años, el número de personas en el mundo ha aumentado en 1.000 millones [1]. Para la generación de energía eléctrica se debe considerar la extracción de hidrocarburos que son perjudiciales para el medio ambiente además de la técnica de explotación en yacimientos no convencionales conocida como “fracking”. Entre los riesgos principales están la contaminación cont aminación de acuíferos y el aire, y un aumento en la sismicidad [2]. Se estima que la demanda de energía eléctrica regional tenga un crecimiento promedio para el período 2017 a 2031 en el escenario medio del 2,99% y nuestra área de interés la costa caribe con un incremento de 3,10% [3]. La demanda de energía mundial crecerá en un 70% hasta 2040 y se realizará un esfuerzo concertado para reducir las consecuencias ambientales de la generación de energía. Las energías renovables alcanzarán al carbón como mayor fuente de electricidad a principios de los años 2030 y representarán más de la mitad de todo el crecimiento en el período para 2040 [4]. Se hace necesario buscar alternativas para reducir el consumo de energía y las emisiones de CO2  Sin afectar el crecimiento de la economía y la población mundial. En algunos países se ha implementado el consumo y pago de energía eléctrica prepagada, el cual consiste en que el cliente debe pagar con antelación la cantidad que consumirá. Esto le permite al usuario controlar lo que consume y comprar

 

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energía según su capacidad económica lo permita, evitando que se consuma más de lo que se puede pagar. En Texas ya se utiliza el servicio de electricidad prepagada, en este estado el cliente decide la empresa que satisfaga las necesidades eléctricas de su hogar, inicia una cuenta con ellos proporcionando número de teléfono, la dirección donde se requiere el servicio y método de pago, es una buena opción ya que no se necesita un depósito o verificación de crédito, es decir está al alcance de cualquier persona [5]. E.P.M. en el año 2004 incluyó en su plan estratégico, el establecer mecanismos para aliviar el problema de los usuarios morosos suspendidos y cortados, mediante el desarrollo de proyectos que facilitaran el acceso al servicio, de allí nació la energía eléctrica prepago [6].  Algunos beneficios que podemos mencionar de la electricidad prepagada tenemos:   Los cons consumidores umidores v ven en en tiempo real cuál es su gas gasto to de en energía, ergía, por lo que tienen mayor control y además pueden notar cual son los artefactos



que gastan más energía y así concientizar al usuario en el uso eficiente de los recursos.   Los us usuarios uarios n no o tienen que esp esperar erar hasta fin de mes pa para ra realizar pagos,



ya que con el servicio prepago puedes comprar energía las veces que sean necesarias.   Para la empresa prestadora del serv servicio icio de energía un ahorro en mano

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de obra y en riesgos, debido a que no se requiere personal para atender la operación de lectura y suspensión, corte y reconexión. Por todas estas razones mencionadas hemos decidido que nuestra primera estrategia a investigar será el cobro de energía eléctrica prepagada en el sector domiciliario. En nuestro plan de trabajo está el cuantificar que tanto se ahorra y si es viable trabajar con esta modalidad de cobro anticipado [7] [8].

Objetivo general   Diseñar un prototipado po porr medio de la tarjeta Arduino q que ue simule un



sistema domótico para el sector domiciliario con el objetivo de reducir el consumo energético

 

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3.2 Objetivos específicos   Implementar un código A Arduino rduino para el control de la iluminación y



temperatura del recinto

  Seleccionar la plac placa a Arduino y los elementos apropi apropiados ados para la



ejecución del prototipo

  Implementar tecnología inalámbrica para el c control ontrol d de e la iluminación y



temperatura por medio de un móvil y un puerto bluetooth o WiFi

METODOLOGÍA Para el desarrollo del proyecto, se plantea una secuencia de pasos, con el fin de seguir una secuencia lógica, garantizando el cumplimiento de los objetivos específicos y por consiguiente el objetivo general. Debido a que la metodología desarrollada, implica una serie de pasos pa sos ordenados, destinados a la solución objetiva de un problema de estudio previamente delimitado:

Profundización del estado del arte: se consultará la literatura actualmente presente, para tener en cuenta desarrollos y prácticas anteriores en la construcción del proyecto, además de realizar la delimitación del problema pr oblema y su relevancia, además de contribuir al establecimiento de bases sólidas que permitan una evaluación crítica de los resultados obtenidos en el presente estudio.

Reconocimiento del recinto a trabajar: Haremos una evaluación del consumo energético antes de realizar nuestro proyecto para tener un indicio de cuanto se puede ahorrar con nuestra intervención.

Tratamiento de los datos de entrada: Se trabajará con un sistema para economizar el consumo de energético por medio de una tarjeta inteligente que recibirá la información para después ser comparada con los set-point establecidos como referencias.

 

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Desarrollo del modelo teórico para calcular valores de referencias: Realizaremos un modelo matemático convertido al lenguaje de la tarjeta inteligente para establecer las condiciones donde hay mayor economía en los dispositivos estudiados en el proyecto.  

Selección de placa arduino: Realizando un estudio de mercadeo podremos saber los distintos tipos de tarjetas inteligente que hay disponibles. Haremos una selección de las placas que mejor se adapten a nuestro proyecto, teniendo en cuenta calidad, economía y que satisfaga los requerimientos requeri mientos del diseño.

Selección de sensores y dispositivos de redes inalámbricas: Se hará un análisis para seleccionar, los sensores que utilizaremos para la adquisición de datos. La selección se realizará teniendo en cuenta, la resolución, precisión y demás características que nos ayuden a tener resultados concisos.

Instalación de placa Arduino y dispositivos: para poder tomar los datos debemos ubicar la placa en un sitio estratégico para que la recepción de datos del dispositivo inteligente y los sensores sean lo más cercano a los valores reales. Y para que la calidad de la señal sea óptima para tomar acciones de control.

Control de temperatura y de iluminación: En este punto se realizarán acciones de control para mantener la temperatura en el punto óptimo donde el equipo consume menos energía y se conserva una temperatura confortable.  Además, se realizará control en los sistemas de iluminación y refrigeración.  Apoyándonos lo mejor posible en la luz natural, y así conseguir conseguir un uso eficiente de los recursos.

Análisis de datos estadísticos: En esta etapa se realizará una comparación con los valores de consumo energético antes de la realización de nuestro proyecto contra los datos que arrogue nuestro dispositivo y se notará not ará cual es el ahorro final de nuestro trabajo.

 

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Septiembre

ACTIVIDAD Profundizar en el estado del arte Tratamiento de los datos de entrada Desarrollo

del

modelo

teórico para calcular las incidencias de la mezcla de gases Desarrollo

del

modelo

mediante simulaciones en  ANSYS Determinación del tamaño y número de placas Construcción

del

bajo

estándares

los

banco

exigidos Evaluación de la mezcla diésel-hidrógeno

en

el

motor Elaborar documento de la tesis Redactar científico,

el

artículo desarrollar

herramientas informáticas y preparar presentación para sustentación ante el comité evaluador

Octubre

Noviembre

Diciembre

Enero

Febrero

Sem

Sem

Sem

Sem

Sem

Sem

Sem

Sem

Sem

Sem 3-

Sem

Sem

1-2

3-4

1-2

3-4

1-2

3-4

1-2

3-4

1-2

4

1-2

3-4

 

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CRONOGRAMA

PRESUPUESTO ITEM

DESCRIPCIÓN

1

Si stema gene rador de gas HHO (compl e to) x 1 Motor generador eléctrico mono cilíndrico cil índrico 4 tiempos DIESEL x 1 Montaje Monta je estructural sistema gene generador rador de gas HHO x 1 Workstation Honorari os e studi antes (10h/semana) x 24 Honorari os ase sorías tutor (1h/se mana) x 24 Li ce ncia de ANSYS x 1 Li ce nci a de Soli dworks x 1

2 3 4 5 6 7 8

EST

FUENTE UA

$ UNIT

EXT

X

$ TOTAL

$ 1.200.000 $ 1.200.000 X

X

$ 5. 5.000.000 $ 5.000.000 $

X X X X X

150.000 $

$ 1.000.000 $ 10.000 $ 30.000 $ 4.513.052 $ 422.000

150.000

$ 1.000.000 $ 2.400.000 $ 720.000 $ 4.513.052 $ 422.000

SUBTOTAL  $ 15.405.052 IMPREVISTOS  $ 1.540.505 (10)% TOTAL $ 16.945.557

$ DINERO FRESCO

FUENTE Estudiantes Est udiantes Universidad del Atlántico Externo

$ ESPECIE

$ TOTAL TOTAL (Si (Sin n imprevistos)

$

1.3 .35 50.00 0.000 $

2.40 2.400 0.000 .000 $

3.750 .750.0 .00 00

 $

- $

11.655.052 $

11.655.052

$

- $

- $

-

 

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] ISO 50001 (2017, 19, Agosto). ISO 50001:2011,Sistemas de gestión de la energía [online] https://www.iso.org/files/live/sites/isoorg/files/archive/pdf/en/iso_50001_energyes.pdf

[2] Ecoempleo] (2017, 19, Agosto). Energías renovables sostenibilidad y creación de empleo [online] http://www.ecoempleo.com/uploads/Jornadas/2007/Pone http://www.ecoempleo.com/uplo ads/Jornadas/2007/Ponencia2.EERRyCreac ncia2.EERRyCreaci% i% C3%B3ndeempleo.pdf

[3] BANCO MUNDIAL (2017, 19, agosto). Emisiones de CO2 originadas por el transporte (%de quema de combustible)

[online].

http://datos.bancomundial.org/indicador/EN.CO2.TRAN.ZS

[4] J. Gaviria, J. Mora, J. Agudelo (2001, Agosto, 03). Historia de los motores de combustión interna. Revista de la facultad f acultad de ingeniería de la Universidad de  Antioquia. [PDF] pp. 68-78, junio 2002

[5] H. John. Internal combustion combustion engine fundamentals. Madrid. McGraw-Hill. 1998 pp. 4-5

[6] S.A. Musmar, A. A. Al-Rousan, Al-Rousan, “Effect of HHO gas on combustion emissions in gasoline engines”, Fuel, vol. 90, pp. 3066-3070, 3066-3070, Oct. 2010.

 

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[7]. ] R.M. Santilli “A new gaseous and combustible form of water”, Int J Hydrogen Energy, vol.27, pp. 1113-1128, May. 2006

[8] A.J. Appleby, “Fuel cell electrolytes: evolution properties and future prospects”, J power sources, vol. 90, pp. 15 15-34, -34, Jan. 1994

[9] L. Barreto, A. Makihira, K. Riahi “The hydrogen economy in the 21st century: a sustainable development scenario” Int J Hydrogen Energy, vol. 28, pp. 267– 284, Aug 2003.

[10] M. Momirlan, T.N. T. N. Veziroglu “Current status of hydrogen energy”, Renew Sust Energy Rev, vol.6, pp. 141-179, 141 -179, Jun. 2002.

[11] S. Dunn “Hydrogen “ Hydrogen futures: toward a sustainable energy system” Int J Hydrogen Energy, vol. 26, pp. 253 –  –264, 264, Jan 2002.

[12] E. Uludumar, E. Tosun, G. Tuccar, S. Yildizhan, A. Calik, S. Yildirin, H. Serin, M. Ozcanli Ozcanli “ Evaluation of vibration c characte haracteristics ristics of a hydroxyl (HHO) gas generator installed diesel engine fuelled with different diff erent diesel  –biodiesel –biodiesel blends”, International Journal of Hydrogen Energy , New York, 2017 , pp. 525 525-565.

[13] P. Selvi Rajaram, A. Kandasamy, P. Arokiasamy Remigious “Effectiveness “Effec tiveness of oxygen enriched hydrogen-HHO gas addition on direct injection diesel engine performance, emission and combustion characteristics”, Therm Sci , vol. 35, pp. 259-268, Jan. 2014.

 

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[14] P. V. Manu, A. Sunil, S. Jayaraj, “Experimental Investigation Using an Onboard Dry Cell Electrolyzer in a CI Engine Working on Dual Fuel Mode” Energy procedia, Nueva Delhi, 2016 , pp. 209-2016.

[15] N. Saravanan, G. Nagarajan “Una investigación experimental experimental de inducción de aire enriquecido en hidrógeno en un sistem sistema a de motor diesel”. Int J energía de hidrógeno, Feb 2008.