Desarrollo e implementación de un sistema integral de medición y control de energía eléctrica basado en el internet de las cosas [recurso electrónico] / Omar Muñoz Urías ; director, Adolfo Heriberto Ruelas Puente

Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería

Tesis (Maestría) -- Universidad Autónoma de Baja California. Facultad de Ingeniería, Mexicali, 2021

Incluye referencias bibliográficas

El consumo de energía eléctrica dentro de una sociedad es cada vez mayor, esto se
debe en gran medida al crecimiento poblacional, cambios climáticos, urbanización, y al
enorme uso de dispositivos electrónicos que se han normalizado con el tiempo.
Para tratar de dar una solución a lo anterior la comunidad científica está en una
constante búsqueda de técnicas que disminuyan el uso de la energía eléctrica. Una de
las conclusiones más aceptada, es que se necesita modernizar todo lo que involucra a
los sistemas de distribución, siendo una de las piezas claves el supervisar el consumo de
los usuarios finales.
El auge del internet de las cosas ha contribuido a la creación de dispositivos que
promuevan el ahorro y uso eficiente de la energía eléctrica. En la actualidad la mayoría
de proyectos relacionados con este tema solamente se enfocan en el monitoreo del gasto
energético, dejando de lado la oportunidad de brindar detalles como calidad del servicio,
o bien la posibilidad de conmutar el encendido y apagado de aparatos electrónicos. Por
lo que en este trabajo se presenta en detalle el diseño y construcción de un sistema
integral de medición y control de energía eléctrica basado en el internet de las cosas, el
cual está estructurado en dos tipos de dispositivos.
El instrumento principal es un medidor central trifásico, diseñado en base el circuito
integrado ADE9000 y el microcontrolador ESP32. Este dispositivo mide el voltaje y
corriente rms, potencia activa, reactiva, y aparente, energía activa y reactiva y algunos
parámetros de calidad de energía como factor de potencia, frecuencia de fase y armónicos
en las señales de carga. El otro dispositivo clave es el controlador de cargas monofásico,
el cual se desarrolló con relevadores como elementos conmutadores, un ADE77558, y
también el ESP32. Este artefacto ofrece lecturas de voltaje y corriente rms, potencia
activa, reactiva, y aparente, energía activa y reactiva, e igualmente el factor de potencia.
Para la experimentación se utilizaron módulos variadores de carga con el fin
de someter a los artefactos a distintas condiciones eléctricas, y se compararon los
resultados con un analizador de redes comercial. Al cotejar los valores arrojados por los
instrumentos construidos se obtuvo un error porcentual medio respecto al medidor de
referencia menor al 0.1 % en todas las variables eléctricas. Mientras que para examinar
el cálculo de los armónicos, se realizó un análisis de regresión lineal y se consiguió un
coeficiente de determinación siempre mayor al 0.9900 en cada prueba.
Para terminar, todo el trabajo realizado demostró que si se hace un buen estudio
de circuitos integrados, sensores, filtros, y técnicas de muestreo se pueden construir
dispositivos con prestaciones muy cercanas a las de un instrumento preparado para la
venta, incluso superar algunas de sus funcionalidades.