Una vivienda inteligente y su consumo eléctrico

Resumen: 

En el contexto energético actual, el consumo eléctrico en una vivienda representa un gran desembolso económico en la familia. Es por tanto necesario, desarrollar sistemas que optimicen dicho consumo eléctrico.

Este proyecto pretende desarrollar un sistema inteligente de control del consumo eléctrico. Este sistema es especialmente importante en familias con bajo nivel de ingresos o riesgo de exclusión social. De esta forma mejorará el nivel de inserción de dichos colectivos sociales.

También es de especial importancia e interés en la actualidad la utilización de energías renovables en las viviendas, industrias como la agroalimentaria, ya que ello conllevaría a una reducción importante en el consumo eléctrico procedente de la red. Todo ello, ayuda a conseguir la reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera y el efecto invernadero.

La aparición en nuestra sociedad del vehículo eléctrico hace necesario desarrollar un nuevo paradigma en la gestión energética tanto de la vivienda, industria y red eléctrica.

Lo expuesto hasta el momento, pretende lograr un entorno más sostenible, saludable e igualitario.

Una vez fijado los objetivos del proyecto, éste pretende lograr la integración de todos los factores anteriormente descritos, adaptándose al nivel educativo del alumnado al que va dirigido el proyecto.

En una primera fase el alumnado adquirirá los conceptos básicos de consumo eléctrico, facturación y diversas fuentes de energía. Para ello se realizarán clases teóricas y prácticas enfocadas a este módulo.

La segunda fase se centra en la utilización de sensores y actuadores para monitorizar las distintas variables de la vivienda (tensión, intensidad, potencia, energía, temperatura, ...) para su posterior integración dentro del sistema de gestión energética de la misma.

Finalizando con la integración y visualización de las magnitudes mediante Internet de las Cosas (IoT). Mediante el desarrollo de una aplicación para smartphone o tablet que permita realizar el control del sistema. Se utilizarán entornos de software libre, de forma que pueda ser reproducido por cualquier técnico.

Con este proyecto, el alumnado participante comprenderá cómo se puede ahorrar energía no solamente en las casas particulares, si no en las empresas como las alimentarias y, en concreto, en las almazaras.

1ª Sesión: 

Conceptos básicos del consumo eléctrico, facturación y diversas fuentes de energía eléctrica.

 

Objetivos:

  • Conocer las ideas fundamentales del consumo eléctrico, medición y facturación.
  • Visualizar ejemplos concretos de medida y facturación de energía eléctrica.
  • Analizar las distintas fuentes de energía eléctrica existentes.

Actividades a desarrollar:

En esta primera sesión se comenzará realizando una puesta en común del trabajo a realizar y se presentarán los/as investigadores/as que van a acoger y tutelar el trabajo del alumnado.

La sesión continuará con una pequeña presentación de transparencias en la que se introducirán los conceptos fundamentales de consumo eléctrico, su medición y facturación, también se presentarán las distintas fuentes de energía eléctrica.

Se realizará una experiencia con los datos obtenidos de la instalación fotovoltaica disponible en el laboratorio de Ingeniería Eléctrica en tiempo real. Se finalizará con un análisis de los datos medidos mediante dispositivos y se realizará un informe indicando la energía eléctrica generada y consumida en dicho laboratorio.

Ejercicios a desarrollar por el alumnado:

  • Realizará un estudio de la producción de energía con los datos históricos disponibles en la base de datos.
  • Con dicho estudio se podrá obtener un perfil de generación eléctrica que puede ser aplicado a una vivienda o a una empresa de cualquier sector productivo, como el agroalimentario. De esta forma se determinarán los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica a instalar en la vivienda o en la empresa.
2ª Sesión: 

Sensores y actuadores para monitorizar las distintas variables de la vivienda y su posterior integración dentro del sistema de gestión energética de la vivienda.

 

Objetivos:

  • Conocer los distintos sensores que se pueden instalar en una vivienda para monitorizar su funcionamiento.
  • Estudiar los actuadores disponibles que ejecuten las acciones necesarias con el análisis de los datos captados por los sensores.
  • Integración sensores y actuadores para lograr un funcionamiento óptimo de la vivienda.

Actividades a desarrollar:

  • Para la parte teórica será necesario un ordenador con el software necesario para hacer la programación del sistema de la vivienda.
  • La parte práctica estará compuesta por un ejercicio, así como un caso de estudio controlado por un microcontrolador. Para el primer ejemplo, serán necesarios sensores de tensión e intensidad y cargas eléctricas. Para la segunda parte de la práctica, además de utilizar sensores y actuadores (iluminación, temperatura, humedad…) será necesario un microcontrolador Arduino.
  • Finalmente se hará un ensayo del sistema conectado.

Ejercicios a desarrollar por el alumnado:

  • Introducción al microcontrolador Arduino y su entorno. Una breve introducción del entorno de programación Arduino a través de un ejemplo sencillo donde se leen unas entradas al sistema de control y tras un pequeño procesamiento se genera una salida.
  • Dispositivo cableado: En este caso el alumnado, dadas las especificaciones de un sistema, y teniendo un conjunto de sensores, deberá desarrollar el montaje correspondiente.
  • Práctica Sensores-Actuadores: Para ello hace falta aplicar los conceptos de las dos partes anteriores. Será por tanto necesario el uso de sensores, además de calibrarlos y activar los actuadores.

Los resultados esperados de la sesión serán los siguientes:

  • Desarrollo de las capacidades necesarias para la utilización de los diferentes equipos.
  • Conexión de los sensores y actuadores con el microcontrolador.
  • Verificación del proceso realizado.
3ª Sesión: 

Diseño e implementación del sistema.

Los alumnos y alumnas implementarán los sistemas diseñados en un prototipo.

Objetivos:

  • Emplazar los sensores necesarios en cada una de las estancias.
  • Situar los actuadores en cada uno de los emplazamientos.
  • Programar el microcontrolador para interactuar con los sensores y actuadores, logrando de esta forma el funcionamiento óptimo de la vivienda.

Actividades a desarrollar:

  • La primera parte consistirá en diseñar el emplazamiento de los diferentes sensores y actuadores.
  • Seguidamente, se montarán dichos sensores y actuadores en el prototipo de vivienda diseñado.
  • Una vez realizado el montaje se procederá a la fase de conexión de los distintos sensores y actuadores con el microcontrolador responsable del control.
  • Será necesario comprobar que no hay fallo alguno en el montaje realizado, para continuar con la fase de programación.
  • Finalmente, se realizará la programación del sistema y comprobación del funcionamiento correcto del sistema.

Los resultados esperados de la sesión serán los siguientes:

  • El alumnado desarrolla los conocimientos sobre sensores, actuadores y microcontroladores.
  • Obtendrá las destrezas en el montaje de los dispositivos utilizados.
  • Comprenderá la importancia de la supervisión de los trabajos realizados.
4ª Sesión: 

Integración y visualización de las magnitudes mediante Internet de las Cosas (IoT).

 

Objetivos:

  • Conocer el concepto de IoT y la ventana de posibilidades que ofrece.
  • Analizar las diferentes formas de comunicación desde la vivienda hacia IoT y elegir las más adecuadas.
  • Implementar una aplicación para dispositivos móviles que controle el funcionamiento del sistema.

Actividades a desarrollar:

  • La sesión empezará con una pequeña presentación de transparencias en la que se introducirán los conceptos fundamentales de IoT y comunicaciones.
  • Una vez realizada la introducción teórica, se procederá a evaluar las distintas posibilidades de comunicación entre la vivienda e Internet. Entre ellas se tienen las tecnologías inalámbricas como Wi-Fi, Bluetooth, XBee, GSM, 3G, 4G, etc. Además de las cableadas como Ethernet, Mi-Fi, etc.
  • Una vez analizadas las distintas posibilidades de comunicación entre las tecnologías disponibles, se implementarán en el sistema para acceso a IoT.
  • Desarrollo de una aplicación para smartphone o tablet que permita realizar el control del sistema. Se utilizarán entornos de software libre, de forma que pueda ser reproducido por cualquier técnico.
  • Finalmente, será necesario realizar la fase de pruebas de la aplicación desarrollada para verificar el correcto funcionamiento.
  • Se realizará una visita a una empresa con instalación solar fotovoltaica.

Los resultados esperados de la sesión serán los siguientes:

  • El alumnado adquirirá nociones básicas sobre IoT.
  • Entenderá las distintas tecnologías de comunicación disponibles.
  • Comprenderá las posibilidades de comunicación con dispositivos móviles.
5ª Sesión: 

Informe, resultados y conclusiones.

 

Objetivos:

  • Realizar un informe detallado de las actividades desarrolladas durante la semana.
  • Presentación de los resultados obtenidos en la implementación del sistema.
  • Expondrán las conclusiones adquiridas y las líneas de futuros trabajos.

Actividades a desarrollar:

  • Desarrollo de las conclusiones con un informe sobre el trabajo realizado.
  • Diseño en Power-Point de la presentación.
  • Análisis de los resultados obtenidos y posibles líneas futuras de trabajo.
Referencias recomendadas: 
Lugar donde se desarrollará el proyecto: 
Universidad de Jaén
Campus Las Lagunillas, sn
23071 Jaén Jaén