Electronica

Introducción

En un mundo en el que la energía eléctrica tiene un valor tan alto, cualquier pérdida de ésta puede suponer un desembolso considerable de dinero. Por ello es necesario administrar de forma eficiente el consumo energético, sin embargo, no se puede administrar lo que no se mide, es decir, no se puede administrar si no se tienen la información necesaria para tomar decisiones bien fundamentadas. Por ello es una gran necesidad desarrollar un sistema que nos brinde información acerca del consumo energético en tiempo real.

El siguiente sistema fue diseñado en función de las necesidades y características del sistema eléctrico de ECOLAC (industria de lácteos). Antes de la etapa de diseño fue indispensable realizar el estudio de la carga y potencia instalada, esto con tres objetivos: establecer el estado actual del sistema eléctrico, determinar los niveles de consumo de energía eléctrica e identificar posibles conexiones eléctricas que alimenten a cargas ajenas a la empresa.

Problema, objetivos, limitaciones, hipótesis y ética

Estado del problema de investigación.

Existe la incertidumbre de que aun hay conexiones eléctricas que alimenten a cargas ajenas a la empresa y ocasione un aumento en el valor de la planilla eléctrica.

No existe información técnica, muy necesaria en cualquier empresa, acerca de sus instalaciones eléctricas.

No existe información del consumo de energía eléctrica en tiempo real, esto es necesario para tomar decisiones en cuanto a la distribución de forma mas eficiente el horario de uso de la maquinaria de producción, y así lograr obtener una tarifa de consumo mas económica (dicha tarifa depende del valor pico de energía eléctrica consumida cada mes)

Objetivos de la investigación

Los objetivos que nos hemos planteado consisten en proporcionar una solución fiable desde el punto de vista económico y técnico a cada una de las problemáticas mencionadas en la sección anterior.

El estudio de la carga y potencia instalada.

Identificar fugas de corriente en la industria.

Con la información obtenida, desarrollar el diagrama unifilar de la fábrica mediante la comprobación de circuitos dentro de la misma.

Diseñar el sistema adquisición de las señales de voltaje para determinar la potencia consumida y el factor de potencia.

Registro histórico acerca de: corrientes, tensiones, potencias, factor de potencia y energías.

Autonomía en el momento de obtener la magnitud de las variables

Vale recalcar que la solución de los problemas mencionados son de vital importancia para la empresa debido a que incide directamente en los costos de producción de la misma por lo tanto en su competitividad y hasta en su existencia.

Trascendencia de los objetivos

Resulta muy interesante poder investigar este problema; ya que es muy común poder encontrarnos con estos casos en el sector industrial.

Como sabemos al momento de que una empresa realiza el pago mensual por la energía eléctrica consumida a lo largo de ese tiempo solo se puede apreciar en la factura un numero, el cual no nos sirve para poder tener una idea clara de lo que se a consumido ya sea en todo el mes en una semana o en un día; es por eso que se pretende realizar el diseño de una interfaz grafica en la que se pueda observar una gráfica de la potencia consumida en función del tiempo. Con esto podemos constatar que si lo que realmente se esta consumiendo se ve reflejado en la planilla eléctrica.

Otro aspecto importante es que por lo general una empresa desconoce la potencia máxima consumida en un día de producción, con esta interfaz se podrá observar el pico máximo que será la máxima potencia consumida en un determinado tiempo, esto ayudará a visualizar cuando se sobrepase la potencia máxima lo que nos alertara que algún equipo funciona erróneamente o existe alguna fuga de energía.

Estudio de la carga y potencia instalada.

El estudio de la carga y potencia instalada es una fuente de información de gran utilidad para empresas consumidoras de energía eléctrica en lo que a seguridad, rendimiento, y beneficios se refiere. Gracias al estudio de la carga instalada se puede determinar si el sistema de distribución eléctrica de un planta puede admitir nuevas cargas, verificar la capacidad del sistema eléctrico y del cableado, distribuir correctamente la carga entre las tres fases, realizar un seguimiento del factor de potencia y calcular el consumo de energía eléctrica antes y después de las mejoras para justificar de esta forma las medidas adoptadas para el ahorro de energía [1]

Además de esto, en nuestro caso, el estudio de carga fue necesario para identificar posibles conexiones eléctricas entre dos instituciones ahora independientes, UTPL y ECOLAC, y por ultimo, la información obtenida fue útil para las especificaciones del sistema de sensado del consumo de energía en tiempo real.

En el proceso de medición también pudimos constatar que: existen braker´s que no se están utilizando y un mal dimensionamiento de las cargas en los tomacorrientes que ocasiona la continua desactivación de algunos braker´s.

Luego de verificar las conexiones tanto de toma corrientes y de iluminación procedimos a obtener información de todas las cargas instaladas en la empresa. Los principales resultados se muestran en la tabla 1 y la información completa del estudio en el Anexo 1.

Tabla1

POTENCIA Q (KVAr) PONTENCIA APARENTE │S│ (KVA) Cos ϕ

66,024 130,033 0.861

Cabe mencionar que luego de las mediciones realizadas logramos constatar que aún existen conexiones entre “ECOLAC” y “UTPL”, esto indicaba que ECOLAC esta pagando por luminarias ajenas a la empresa y la activación de las cisternas de UTPL.

El diagrama unifilar desarrolla a partir del levantamiento de información se encuentra en el Anexo 2.

Diseño

Características del sistema

Se diseñó un sistema autónomo cuyas características se muestran en la tabla 2 y 3

Descripción Valor Unidad

Tensión de alimentación (Arduino Uno -Atmega328)

5 V

Tensión de alimentación (Etapa de acondicionamiento) +/- 15 V

Tabla 2 Características energéticas del sistema

Descripción Valor Unidades

Rango de medida de corriente

Error de desfase aproximado 5 Grados

Frecuencia de muestreo máxima 2.667 Mhz

Señal de entrada analógica 0-5 Vrms V

Resolución del sistema 10 Bit

Tabla 3 Características del sistema

En la figura 1 se muestra el diagrama de funcionamiento del sistema

Figura 1 Diagrama de funcionamiento del sistema

De a cuerdo al diagrama de bloques mostrado en la figura 2 se debe partir por los sensores que vamos a utilizar para la adquisición de la señal.

Para dicha adquisición existieron dos alternativas, las cuales se detallan a continuación.

Primer alternativa

Esta metodología se basa en adquirir la corriente a través de la configuración de una resistencia “shunt”.

Figura 2 Adaptación de la resistencia shunt a la fase R

En la figura 2 podemos observar como es la configuración de la resistencia shunt. Tomando en cuenta que la corriente máxima que atraviesa por esta fase es de 150A (rms) empezaremos a la realización del diseño.

Si el transformador de corriente es de 10:1, la corriente máxima será de 15A(rms)

Pero las características de la señal anterior no son compatibles con el dispositivo de adquisición que utilizaremos (arduino uno) ya que nuestro dispositivo hace lecturas analógicas de 0 a 5Vpico, es por ello que implementaremos una etapa de acondicionamiento de la señal.

En la figura 3 se aprecia la recta de calibración, la cual nos ayudará a hacer la amplificación.

Figura 3 Recta de calibración para la amplificación

Para obtener la ganancia de 1.178 y debido a que Vo es un voltaje flotante utilizaremos un amplificador diferencial.

Fig. 4 Etapa de amplificación

Una vez que ya tenemos la ganancia de la ecuación tendremos que hacer la suma del offset, para esto hacemos uso de igual manera un amplificador diferenciador:

Figura 5 Etapa de offset

Ahora ya podremos obtener la salida Vi que será la señal que ingresara al dispositivo, por medio de un amplificador sumador.

Figura 6 Señal de entrada al dispositivo

Ahora ya podremos leer el voltaje en el dispositivo, sin embargo nuestro objetivo es poder sensar corriente; pues bien esto se hará por software de la siguiente forma: el Arduino empieza a muestrear la señal a una frecuencia determinada, esta muestra será el voltaje instantáneo, y se lo dividirá para el valor de la resistencia shunt, es así como podremos sensar corriente.

Una vez sensada la corriente procedemos a sensar el voltaje, para esto ocuparemos el mismo principio.

Figura 7 Adaptación del sensor de voltaje a la fase R 

Con el transformador tendremos una relación de 10:1, es decir; que los 120 Vrms de la entrada se convierten a 12Vrms en la salida. Ahora a este voltaje tendremos que hacer que sea de 0 a 5Vpico

Ahora ya podremos ingresar normalmente al dispositivo la señal adquirida por los sensores de voltaje y corriente. Esta forma de adquirir estas señales posee ventajas y desventajas; estas son:

Una de las principales ventajas de este sistema es que se encuentra completamente aislado la parte de potencia con la parte electrónica, es decir; que en caso de existir algún cortocircuito o a alguna descarga producida por algún rayo el sistema a instalarse no se vera afectado.

La desventaja de esto es que al sensar los voltajes y las corrientes utilizando los transformadores estas señales se llegan a desfasar y se suman señales parasitas como son los armónicos. Esto nos dificulta al momento de obtener el factor de potencia, ya que como primera instancia para obtenerlo era el “cruce por cero” no se podrá implementar debido a que no tendremos las señales originales, por tal razón se debe buscar otro algoritmo para obtener el factor de potencia.

El otro problema al usar trasformadores es la adición de armónicos a la señal, esto hace que el software no adquiera los datos correctos, es por eso que antes de empezar a trabajar con los valores adquiridos se debe realizar un filtro que ayude a librar de impurezas a la señal, una buena opción para esto seria el “moving avarage”; el cual es un filtro que nos permite suavizar la señal

Segundo método

Para medir la corriente utilizamos un sensor SCT-013-00, como en el que se muestra en la imagen.

Figura 8 Sensor de corriente a utilizarse

La saturación de este dispositivo está empezando a 100 A, por lo tanto, se confirma la clasificación de corriente máxima. Sin embargo, el transformador todavía dará resultados razonablemente precisos incluso cuando se somete a una sobrecarga moderada. Esto es muy favorable ya que para nuestros requerimientos necesitamos sensar una corriente máxima de 150 A

En la siguiente gráfica podremos observar que al medir los 150 A altera en lo mínimo posible su linealidad.

Figura 9 Grafica de la linealidad del sensor

Por tal razón es la que adoptamos por escoger dicho sensor para hacer la adquisición correspondiente.

Para poder usar este sensor con el arduino debemos acondicionar la señal para que satisfaga las condiciones de entrada de ADC del dispositivo.

Figura 10 Circuito de acondicionamiento para el sensor de corriente

La salida del sensor es una corriente, pero como nosotros ingresamos voltaje debemos colocar una resistencia carga que nos de el voltaje.

Para dimensionar la resistencia de carga se debe seleccionar el rango de medición del dispositivo, en este caso será de 0 a 150Arms.

Primero se obtiene la corriente pico a pico de la siguiente manera

I_pico=Ix√2

I_pico=I50x√2

I_pico=212.13A

Ahora debemos determinar la corriente que nos da a la salida del sensor, como este dispositivo se asemeja a un transformador de corriente se calculara la corriente de salida de acuerdo al bobinado en la salida, el cual para este sensor es de 2000.

I_secundaria=I_primaria/(No vueltas)

I_secundaria=212.13/02000s=106mA

Ahora obtendremos la resistencia de carga. Para esto debemos obtener obtendremos el voltaje en Rl:

V_l=V_ref/2

R_l=V_l/I

R_l=2.5V/106mA

R_l=23.57ohms

En el caso de las resistencias R2 y R1 se adopta por convención que ambas tengan un valor de 10Kohms y el capacitor es usa para reducir el ruido a alta frecuencia.

En este caso el resistor de carga escala la señal para que pueda ser ingresada al dispositivo y el divisor de voltaje de R1 y R2 hace una compensación para eliminar el voltaje negativo de la señal.

Para el sensor de voltaje se utiliza el mismo principio del método anterior haciendo uso de un transformador de voltaje para luego captar la señal y que pueda acondicionada para ingresar al dispositivo.

La electrónica de acondicionamiento de señal tiene que convertir la salida del adaptador a una forma de onda que tiene un pico positivo que es menos de 5 V y un pico negativo que es más de 0 V y por lo que necesitamos:

Escalar hacia abajo la forma de onda

Añadir una compensación de manera que no hay un componente negativo.

Para esto se utiliza el siguiente acondicionamiento.

Figura 11 Circuito de acondicionamiento para el sensor de voltaje

Los resistores R2 y R1 son los que nos ayudaran a escalar la onda que sale del transformador y se ingresara a la entrada ADC del dispositivo. En tanto los resistores R4 y R3 producirán una tensión de compensación de manera q no exista componente negativo y el capacitor es usa para reducir el ruido a alta frecuencia.

Para calcular las resistencias en R2 y R1 se lo hace de la siguiente manera:

En el caso de las resistencias R4 y R3 se adopta por convención que ambas tengan un valor de 10Kohms

- Desarrollo de algoritmos de supervisión, control y almacenamiento de variables.

Conversor análogo - digital

Un conversor (o convertidor) analógico-digital (ADC), es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo.

Lectura de una señal analógica con Arduino

Para trabajar con una señal analógica con arduino se utilizan 2 comandos que son: analogRead y digitalWrite. El primer comando se lo utiliza para leer la señal análoga y el segundo para escribir una señal análoga de PWM, por ejemplo en el siguiente código se explica los comandos que se utilizan para adquirir los datos de la señal análoga y se los presenta en la consola.

Fig 12 Lectura de entradas analógicas en código arduino

Potencia real

La potencia real (también conocida como potencia activa) se define como la energía utilizada por un dispositivo para producir trabajo útil.

Matemáticamente, es la integral definida de tensión, u (t), por la corriente, i (t), ver Ec.[1].

P=1/T ∫▒〖u(t)xi(t)dt=UxIxcos(ϕ)〗 Ec. [1]

En donde:

U => Voltaje RMS

I => Corriente RMS

Cos (ϕ) => Factor de potencia

El equivalente en tiempo discreto es:

P=1/N ∑_(n=0)^(N-1)▒〖u(n)*i(n)〗 Ec. [2]

En donde:

u (n) => valor instantáneo de u (t)

i (n) => Valor instantáneo de i (t)

N => número de muestras.

En la figura 13 se muestra el código necesario para implementar esta ecuación en lenguaje arduino

Fig. xxx a) Calculo de la potencia real en el lenguaje de programación Arduino, b) Ecuación equivalente de “a”

RMS de voltaje y corriente

Figura 13 a) Código arduino para determinar la potencia

Un valor RMS se define como la raíz cuadrada del valor cuadrático medio, Ec[3] es la ecuación de tiempo discreto para el cálculo de voltaje RMS:

Urms=√(∑_(n=0)^(N-1)▒(u^2 (n))/N) Ec. [3]

La corriente RMS se calcula usando la misma ecuación, sustituyendo únicamente muestras de tensión, u (n), por muestras de corriente, i (n)

En la figura 14 se muestra el código arduino necesario para desarrollar Ec[3]

Figura 14 a) Código arduino para desarrollar Ec.[3]. b) Ec.[3]

La potencia aparente y factor de potencia

Ec.[4] define la potencia aparente en un circuito eléctrico.

P_aparente=v_RMS*I_RMS Ec. [4]

En cambio Ec.[5] define el factor de potencia como la razón en tre la potencia activa y el valor absoluto de la potencia aparente.

f.d.p.=P/(⃒S⃒)=cos(ϕ) Ec.[5]

En donde:

⃓S⃓ => valor absoluto de la potencia aparente S

P => Potencia activa

Cos(ϕ) => Angulo entre P y el valor absoluto de S

En la figura 15 se muestra el código arduino necesario para obtener la potencia aparente y el factor de potencia.

Pot

Figura 15 Codio arduino necesario para determinar la potencia aparente y el factor de potencia

Descripción detallada de los componentes Hardware, software.

Para el monitoreo tanto del voltaje como de la corriente en ECOLAC, hemos seleccionado por la opción de utilizar los sensores SCT013-000, transformadores de Tensión en este caso Mascot 9 V AC/AC Adaptador tipo 9580, y a su ves utilizaremos un sistema embebido (Arduino Uno R3) para la adquisición y procesamiento de los datos, también utilizaremos dispositivos electrónicos como resistores y capacitores todo esto hablar del hardware.

Al hablar de software que utilizaremos para el desarrollo de este proyecto será únicamente el entorno de desarrollo arduino y el lenguaje de programación arduino para programar el microcontrolador que posee el arduino

HARDWARE

Sensor SCT 13-000

Este tipo de sensores de corrientes son transformadores de corriente (TC) son sensores que se utilizan para realizar mediciones de corriente alterna. Este sensor es como todo transformador posee un envuelto primario, un núcleo magnético y un envuelto secundario. Este tipo de sensor nos es útil para medir el consumo total de electricidad ya sea de un edificio o cualquier otra localidad, pues la corriente alterna que fluye en el primario produce un campo magnético en el núcleo, que a su vez induce una corriente en el circuito de devanado secundario.

Fig. Imagen del sensor SCT-013-00

Para una mayor especificación de este sensor a continuación se presenta el datasheet.

Fig. 16 Datasheed del SCT-013-000

Mascot 9 V AC/AC Adaptador.

Este tipo de adaptador posee un enchufe de la red integral de BS.1363. La salida es en un cable flotante que tiene un receptáculo de dos polos que se ajusta a un enchufe coaxial de alimentación de CC (suministrado).

La entrada nominal es de 230 V AC 50 Hz y la salida es de 9 V CA, 300 mA. El transformador presenta un adelanto de fase que varía de 2 ° en el límite inferior del rango de suministro de hasta 5,7 ° en el límite superior.

El transformador se suministra con una variedad de enchufes DC fuente de alimentación, que pueden instalarse o bien viceversa. Cuando el conector se monta como se muestra a continuación, es decir, "+" para el conector central, el voltaje de salida está en fase con la entrada.

Para una mayor especificación de este sensor a continuación se presenta el datasheet.

Fig. 17 Datasheet del adaptador AC/AC

Arduino Uno R3

Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Una de las características importantes de este dispositivo es que el microcontrolador de la placa se programa mediante el lenguaje de programación Arduino y el entorno de desarrollo Arduino que es basado en Processing.

Al trabajar con arduino se puede detectar el medio ambiente mediante la recepción de la entrada de una variedad de sensores y puede afectar a sus alrededores por controlar luces, motores y otros actuadores.

Fig. 18 Arduino Uno R3

Características del Arduino Uno R3

SOTWARE

Como se menciono en un principio necesitaremos de lenguaje de programación arduino y de entorno de desarrollo arduino. El lenguaje de programación arduino es basado en “Wiring” que es un marco de programación de código abierto para microcontroladores que permite escribir software multiplataforma para controlar los dispositivos conectados a una amplia gama de placas microcontroladores para crear todo tipo de códigos creativos, objetos interactivos, espacios o experiencias físicas. Cabe recalcar que los programas de Arduino se puede dividir en tres partes principales que son: la estructura, los valores que son variables y constantes, y las funciones.

El entorno de desarrollo arduino es basado en “Processing” que es un lenguaje de programación de código abierto y el medio ambiente para las personas que desean crear imágenes, animaciones e interacciones. Inicialmente desarrollado para servir como un cuaderno de bocetos de software y enseñar los fundamentos de la programación de computadoras dentro de un contexto visual, procesamiento también se ha convertido en una herramienta para generar trabajo terminado profesional. En la actualidad, hay decenas de miles de estudiantes, artistas, diseñadores, investigadores y aficionados que utilizan procesamiento para el aprendizaje, creación de prototipos y producción.

Presupuesto

Según los dispositivos mencionados en la parte anterior se ha elaborado un presupuesto de la inversión que se debería realizar por la compra de los materiales.

Cantidad Dispositivo Precio unitario Precio

3 Mascot 9 V AC/AC Adaptador. 22,50 67,50

3 Sensor SCT 13-000 17,79 53,37

1 Arduino Uno R3 28,75 28,75

12 Resistores 0,50 6,00

3 Capacitores 0,15 0,45

4 Mano de obra 50,00 200,00

Total $ 356,07

Envio de datos

Para el envió de los datos y presentación y la presentación de los datos en una PC, realizamos la comunicación serial entre un sistema embebido (Arduino) y la PC.

Para la comunicación serial se realiza la entrada de los datos en tipo cadena de caracteres usando el comando inputString una vez completada, se abre el puerto serial lo cual se realiza mediante el comando serial. Begin (9600) donde 9600 es la velocidad en baudios. Donde se reservan 200 bytes para la cadena de caracteres de entrada.

Se imprime la cadena en la consola serial y lo borra cuando llega un nuevo dato, usando el comando Serial.println(inputString).

a continuación se muestra un ejemplo del código para hacer la lectura y mostrar la cadena en la consola serial

Referencias:

[1] Fluke Corporation. Disponible en: http://www.fluke.com

[2] Instalaciones Eléctricas de Baja Tensión Comerciales e Industriales. Angel Lagunas Marqués

Artefacto

Cantidad Potencia C/U (W) Potencia total (KW) Factor de potencia Fc Ø POTENCIA Q (KVAr) PONTENCIA APARENTE │S│ (KVA) TIEMPO DE USO DIARIO EN HORAS TRABAJO (KW-h) COSTO DIARIO (0,085xKW-h)

Cargas Especiales

EQUIPO MODELO CRYOSTAR 7160 1 2800 2,8 0,7 45,57 2,857 4 8 32 2,72768

ENVASADORAS DE BOLSAS DE YOGURTH MODELO 1300/ES PROLAVALL 1 8000 8 0,9 25,84 3,875 8,889 6 53,334 4,546

TANQUE ENFRIAMIENTO DE LECHE, CAP. 4000 LT MUELLER 1 124,33 0,12433 0,7 45,57 0,127 0,178 6 1,068 0,091

TANQUE ENFRIAMIENTO Y ALMACENAJE DE LECHE MODELO DX/O DE LAVAL 1 746 0,746 0,85 31,79 0,462 0,877 6 5,262 0,449

TANQUE FRIGORIFICOS DE LECHE CVS 1050 1 21486,6 21,4866 0,86 30,68 12,749 24,984 6 149,904 12,778

Codificadora 1 746 0,746 0,9 25,84 0,361 0,829 8 6,632 0,565

TANQUE ALMACENADOR DE LECHE, ISOTERMICO ACINDEC 1 370 0,37 0,75 41,41 0,326 0,493 0 0

Bomba de descarga de materia prima 1 2200 2,2 0,8 36,87 1,65 2,75 1 2,75 0,234

TANQUE DE FERMENTACION DESCONOCIDO 1 370 0,37 0,67 47,93 0,41 0,552 8 4,416 0,376

TANQUE DE FERMENTACION DESCONOCIDO 1 370 0,37 0,67 47,93 0,41 0,552 8 4,416 0,376

TANQUE DE FERMENTACION DESCONOCIDO 1 370 0,37 0,67 47,93 0,41 0,552 8 4,416 0,376

TANQUE DE FERMENTACION DESCONOCIDO 1 370 0,37 0,67 47,93 0,41 0,552 8 4,416 0,376

COMPRESOR AIRE STENHOJ 1 3300 3,3 0,8 36,87 2,475 4,125 7 28,875 2,461

Tanque grande 1 1 370 0,37 0,67 47,93 0,41 0,552 8 4,416 0,376

Congelador (mipro) 1 4600 4,6 0,86 30,68 2,729 5,349 7 37,443 3,192

COMPRESOR DE GAS REFRIGERANTE MODELO 3H250 DORIN 1 3000 3 0,8 36,87 2,25 3,75 7 26,25 2,238

OLLA DOBLE CAMISA, CON AGITADOR MECANICO DESCONOCIDO 1 124,33 0,12433 0,6 53,13 0,166 0,207 12 2,484 0,212

motor A 1 1200 1,2 0,8 36,87 0,9 1,5 6 9 0,767

TINA COAGULACION DE QUESO CON AGITADOR MECANICO DESCONOCIDO 1 10 0,01 0,67 47,93 0,011 0,015 4 0,06 0,005

DESCREMADORA DE SUERO MODELO MTA5-00-104 WESTFALIA 1 124,33 0,12433 0,8 36,87 0,093 0,155 8 1,24 0,106

PRENSA HIDRAULICA METALICA PARA QUESOS DESCONOCIDO 1 2500 2,5 0,9 25,84 1,211 2,778 2 5,556 0,474

Pasteuriazadora 1 27600 27,6 0,85 31,79 17,105 32,471 8 259,768 22,143

BATIDORA DE CREMA MODELO 15-20 GIORNI TOGLIERE 1 550 0,55 0,75 41,41 0,485 0,733 4 2,932 0,25

MOTOR CHILER MODELO 1 2238 2,238 0,8 36,87 1,679 2,798 8 22,384 1,908

maquina(queso mozzarella) 1 4950 4,95 0,78 38,74 3,971 6,346 8 50,768 4,327

Cargas normales

Lector de manos 1 10 0,01 0,95 18,19 0,003 0,01 8 0,08 0,007

Secadora de manos 1 1500 1,5 0,95 18,19 0,493 1,579 0,1 0,1579 0,013

Refrigerador 2 600 1,2 0,6 53,13 1,6 2 4 8 0,682

Baño Maria 1 15000 15 0,95 18,19 4,93 15,789 0,15 2,36835 0,202

Milkotester 1 200 0,2 0,9 25,84 0,097 0,222 4 0,888 0,076

Microondas 1 1500 1,5 1 0 0 1,5 0,15 0,225 0,019

Computadoras 2 300 0,6 0,9 25,84 0,291 0,667 4 2,668 0,227

Nevera 2 210 0,42 0,8 36,87 0,315 0,525 5 2,625 0,224

Balanza electrónica 2 3,24 0,00648 0,98 11,48 0,001 0,007 5 0,035 0,003

Computadoras 1 300 0,3 0,9 25,84 0,145 0,333 3 0,999 0,085

Impresora 2 42 0,084 0,9 25,84 0,041 0,093 0,5 0,0465 0,004

Oficina

FAX MODELO KX-FT907LA PANASONIC 1 288 0,288 0,9 25,84 0,139 0,32 0,3 0,096 0,008

SUMADORA MODELO DR - 120LB CASIO 3 50 0,15 0,9 25,84 0,073 0,167 8 1,336 0,114

SUMADORA MODELO DR-240TM CASIO 3 50 0,15 0,9 25,84 0,073 0,167 8 1,336 0,114

Computadoras 3 300 0,9 0,9 25,84 0,436 1 8 8 0,682

computadoras personal 1 600 0,6 0,9 25,84 0,291 0,667 7 4,669 0,398

Total:

POTENCIA Q (KVAr) PONTENCIA APARENTE │S│ (KVA)

66,46 131,033

Observaciones:

Como es de conocimiento uno de nuestros objetivos es determinar que si existen o no fugas de energía en la empresa ECOLAC, y tras varias semanas de mediciones hemos encontrado que si existe fuga de energía que se deben a luminarias y activación de cisterna que pertenece a UTPL.

Al conversar con el gerente de la empresa nos comunico que la empresa ECOLAC no debe pagar por luminarias externas a la empresa ni tampoco por la cisterna de UTPL, por lo cual sería conveniente saber cuanto se ha pagado por dichas conexiones externas, desde que ECOLAC se separo de UTPL.

En la tabla 2 se muestra el valor económico que ECOLAC a pagado desde el mes de Enero hasta el mes de Octubre utilizando el precio de $ 0.63 el KW-h.

La empresa ECOLAC tienes ya muchos años de funcionamiento en nuestra ciudad y por ello algunas de sus maquinas no contienen la información necesaria para realizar precisamente el levantamiento de cargas, en aquellos casos donde no hemos podido obtener los daros directamente desde las placas o tablas de información en cada maquina, optamos por realizar mediciones de corriente cuando la maquina este en funcionamiento y realizar los cálculos necesarios para poder acercarnos a los datos reales de dichas máquinas deberían tener. Cabe recalcar estas mediciones tuvimos que realizarlas muy rápidamente y en un tiempo muy corto ya que no teníamos permitido el acceso a esas maquinas en funcionamiento.

Artefacto Cantidad Potencia C/U (W) Potencia total(KW) Factor de utilidad (fu) Factor de simultaniedad (fs) POTENCIA TOTAL FINAL P (KW) (PT x Fu x Fs) Factor de potencia Fc Ø POTENCIA Q (KVAr) PONTENCIA APARENTE │S│ (KVA) TIEMPO DE USO DIARIO EN HORAS TRABAJO (KW-h) COSTO DIARIO (0,63xKW-h)

Luminaria Pública 1 100 0,1 0,5 1 0,05 1 0 0 0,05 12 0,6 0,378

Lamparas fluorecentes 6 60 0,36 0,5 1 0,18 0,5 60 312 0,36 12 4,32 2,7216

Valor a pagar

al día 3,0996

al mes 92,988

De enero a Octubre 929,88

En las instalaciones lumínicas existe varios circuitos desconocido, es decir; que no se puede identificar que protección corresponde a ese circuito.

Columna1 N Lum. Pontencia (W) cos θ Voltaje (V) Corriente (I) Protección (instalada) Protección (Correcta)

CI 1 8 40 0,5 120 2,666666667 20 A 5A

CI 2 8 40 0,5 120 2,666666667 20 A 6a

CI 3 14 40 0,5 120 4,666666667 20 A 7a

CI 4 6 40 0,5 120 2 20 A 8a

CI 5 4 40 0,5 120 1,333333333 20 A 9a

Con las mediciones realizadas se pudo identificar 5 circuitos, los cuales se presentan en la siguiente tabla:

Se puede apreciar con esto que existe una mala selección en cuanto a las protecciones ya que exceden por mucho al amperaje máximo consumido por las cargas.

Otra observación que pudimos constatar es que varias de las protecciones del tablero STD 9 están teóricamente sin carga ya que al momento de medir el amperaje que llega a las protecciones es cero al momento de activar y desactivar la protección

Los circuitos de luminarias en el plano que son desconocidos se asume que se encuentran conectados directamente con el tablero principal, ya que al momento de hacer la prueba de desactivar este las luminarias procedieron a desactivarse.

Es muy difícil poder determinar a que circuito corresponden dichas protecciones desconocidas ya que estas instalaciones son muy antiguas por tanto es difícil poder encontrar los conductores que alimentan estos circuitos

Introducción

En un mundo en el que la energía eléctrica tiene un valor tan alto, cualquier pérdida de ésta puede suponer un desembolso considerable de dinero. Por ello es necesario administrar de forma eficiente el consumo energético, sin embargo, no se puede administrar lo que no se mide, es decir, no se puede administrar si no se tienen la información necesaria para tomar decisiones bien fundamentadas. Por ello es una gran necesidad desarrollar un sistema que nos brinde información acerca del consumo energético en tiempo real.

El siguiente sistema fue diseñado en función de las necesidades y características del sistema eléctrico de ECOLAC (industria de lácteos). Antes de la etapa de diseño fue indispensable realizar el estudio de la carga y potencia instalada, esto con tres objetivos: establecer el estado actual del sistema eléctrico, determinar los niveles de consumo de energía eléctrica e identificar posibles conexiones eléctricas que alimenten a cargas ajenas a la empresa.

Problema, objetivos, limitaciones, hipótesis y ética

Estado del problema de investigación.

Existe la incertidumbre de que aun hay conexiones eléctricas que alimenten a cargas ajenas a la empresa y ocasione un aumento en el valor de la planilla eléctrica.

No existe información técnica, muy necesaria en cualquier empresa, acerca de sus instalaciones eléctricas.

No existe información del consumo de energía eléctrica en tiempo real, esto es necesario para tomar decisiones en cuanto a la distribución de forma mas eficiente el horario de uso de la maquinaria de producción, y así lograr obtener una tarifa de consumo mas económica (dicha tarifa depende del valor pico de energía eléctrica consumida cada mes)

Objetivos de la investigación

Los objetivos que nos hemos planteado consisten en proporcionar una solución fiable desde el punto de vista económico y técnico a cada una de las problemáticas mencionadas en la sección anterior.

El estudio de la carga y potencia instalada.

Identificar fugas de corriente en la industria.

Con la información obtenida, desarrollar el diagrama unifilar de la fábrica mediante la comprobación de circuitos dentro de la misma.

Diseñar el sistema adquisición de las señales de voltaje para determinar la potencia consumida y el factor de potencia.

Registro histórico acerca de: corrientes, tensiones, potencias, factor de potencia y energías.

Autonomía en el momento de obtener la magnitud de las variables

Vale recalcar que la solución de los problemas mencionados son de vital importancia para la empresa debido a que incide directamente en los costos de producción de la misma por lo tanto en su competitividad y hasta en su existencia.

Trascendencia de los objetivos

Resulta muy interesante poder investigar este problema; ya que es muy común poder encontrarnos con estos casos en el sector industrial.

Como sabemos al momento de que una empresa realiza el pago mensual por la energía eléctrica consumida a lo largo de ese tiempo solo se puede apreciar en la factura un numero, el cual no nos sirve para poder tener una idea clara de lo que se a consumido ya sea en todo el mes en una semana o en un día; es por eso que se pretende realizar el diseño de una interfaz grafica en la que se pueda observar una gráfica de la potencia consumida en función del tiempo. Con esto podemos constatar que si lo que realmente se esta consumiendo se ve reflejado en la planilla eléctrica.

Otro aspecto importante es que por lo general una empresa desconoce la potencia máxima consumida en un día de producción, con esta interfaz se podrá observar el pico máximo que será la máxima potencia consumida en un determinado tiempo, esto ayudará a visualizar cuando se sobrepase la potencia máxima lo que nos alertara que algún equipo funciona erróneamente o existe alguna fuga de energía.

Estudio de la carga y potencia instalada.

El estudio de la carga y potencia instalada es una fuente de información de gran utilidad para empresas consumidoras de energía eléctrica en lo que a seguridad, rendimiento, y beneficios se refiere. Gracias al estudio de la carga instalada se puede determinar si el sistema de distribución eléctrica de un planta puede admitir nuevas cargas, verificar la capacidad del sistema eléctrico y del cableado, distribuir correctamente la carga entre las tres fases, realizar un seguimiento del factor de potencia y calcular el consumo de energía eléctrica antes y después de las mejoras para justificar de esta forma las medidas adoptadas para el ahorro de energía [1]

Además de esto, en nuestro caso, el estudio de carga fue necesario para identificar posibles conexiones eléctricas entre dos instituciones ahora independientes, UTPL y ECOLAC, y por ultimo, la información obtenida fue útil para las especificaciones del sistema de sensado del consumo de energía en tiempo real.

En el proceso de medición también pudimos constatar que: existen braker´s que no se están utilizando y un mal dimensionamiento de las cargas en los tomacorrientes que ocasiona la continua desactivación de algunos braker´s.

Luego de verificar las conexiones tanto de toma corrientes y de iluminación procedimos a obtener información de todas las cargas instaladas en la empresa. Los principales resultados se muestran en la tabla 1 y la información completa del estudio en el Anexo 1.

Tabla1

POTENCIA Q (KVAr) PONTENCIA APARENTE │S│ (KVA) Cos ϕ

66,024 130,033 0.861

Cabe mencionar que luego de las mediciones realizadas logramos constatar que aún existen conexiones entre “ECOLAC” y “UTPL”, esto indicaba que ECOLAC esta pagando por luminarias ajenas a la empresa y la activación de las cisternas de UTPL.

El diagrama unifilar desarrolla a partir del levantamiento de información se encuentra en el Anexo 2.

Diseño

Características del sistema

Se diseñó un sistema autónomo cuyas características se muestran en la tabla 2 y 3

Descripción Valor Unidad

Tensión de alimentación (Arduino Uno -Atmega328)

5 V

Tensión de alimentación (Etapa de acondicionamiento) +/- 15 V

Tabla 2 Características energéticas del sistema

Descripción Valor Unidades

Rango de medida de corriente

Error de desfase aproximado 5 Grados

Frecuencia de muestreo máxima 2.667 Mhz

Señal de entrada analógica 0-5 Vrms V

Resolución del sistema 10 Bit

Tabla 3 Características del sistema

En la figura 1 se muestra el diagrama de funcionamiento del sistema

Figura 1 Diagrama de funcionamiento del sistema

De a cuerdo al diagrama de bloques mostrado en la figura 2 se debe partir por los sensores que vamos a utilizar para la adquisición de la señal.

Para dicha adquisición existieron dos alternativas, las cuales se detallan a continuación.

Primer alternativa

Esta metodología se basa en adquirir la corriente a través de la configuración de una resistencia “shunt”.

Figura 2 Adaptación de la resistencia shunt a la fase R

En la figura 2 podemos observar como es la configuración de la resistencia shunt. Tomando en cuenta que la corriente máxima que atraviesa por esta fase es de 150A (rms) empezaremos a la realización del diseño.

Si el transformador de corriente es de 10:1, la corriente máxima será de 15A(rms)

Pero las características de la señal anterior no son compatibles con el dispositivo de adquisición que utilizaremos (arduino uno) ya que nuestro dispositivo hace lecturas analógicas de 0 a 5Vpico, es por ello que implementaremos una etapa de acondicionamiento de la señal.

En la figura 3 se aprecia la recta de calibración, la cual nos ayudará a hacer la amplificación.

Figura 3 Recta de calibración para la amplificación

Para obtener la ganancia de 1.178 y debido a que Vo es un voltaje flotante utilizaremos un amplificador diferencial.

Fig. 4 Etapa de amplificación

Una vez que ya tenemos la ganancia de la ecuación tendremos que hacer la suma del offset, para esto hacemos uso de igual manera un amplificador diferenciador:

Figura 5 Etapa de offset

Ahora ya podremos obtener la salida Vi que será la señal que ingresara al dispositivo, por medio de un amplificador sumador.

Figura 6 Señal de entrada al dispositivo

Ahora ya podremos leer el voltaje en el dispositivo, sin embargo nuestro objetivo es poder sensar corriente; pues bien esto se hará por software de la siguiente forma: el Arduino empieza a muestrear la señal a una frecuencia determinada, esta muestra será el voltaje instantáneo, y se lo dividirá para el valor de la resistencia shunt, es así como podremos sensar corriente.

Una vez sensada la corriente procedemos a sensar el voltaje, para esto ocuparemos el mismo principio.

Figura 7 Adaptación del sensor de voltaje a la fase R 

Con el transformador tendremos una relación de 10:1, es decir; que los 120 Vrms de la entrada se convierten a 12Vrms en la salida. Ahora a este voltaje tendremos que hacer que sea de 0 a 5Vpico

Ahora ya podremos ingresar normalmente al dispositivo la señal adquirida por los sensores de voltaje y corriente. Esta forma de adquirir estas señales posee ventajas y desventajas; estas son:

Una de las principales ventajas de este sistema es que se encuentra completamente aislado la parte de potencia con la parte electrónica, es decir; que en caso de existir algún cortocircuito o a alguna descarga producida por algún rayo el sistema a instalarse no se vera afectado.

La desventaja de esto es que al sensar los voltajes y las corrientes utilizando los transformadores estas señales se llegan a desfasar y se suman señales parasitas como son los armónicos. Esto nos dificulta al momento de obtener el factor de potencia, ya que como primera instancia para obtenerlo era el “cruce por cero” no se podrá implementar debido a que no tendremos las señales originales, por tal razón se debe buscar otro algoritmo para obtener el factor de potencia.

El otro problema al usar trasformadores es la adición de armónicos a la señal, esto hace que el software no adquiera los datos correctos, es por eso que antes de empezar a trabajar con los valores adquiridos se debe realizar un filtro que ayude a librar de impurezas a la señal, una buena opción para esto seria el “moving avarage”; el cual es un filtro que nos permite suavizar la señal

Segundo método

Para medir la corriente utilizamos un sensor SCT-013-00, como en el que se muestra en la imagen.

Figura 8 Sensor de corriente a utilizarse

La saturación de este dispositivo está empezando a 100 A, por lo tanto, se confirma la clasificación de corriente máxima. Sin embargo, el transformador todavía dará resultados razonablemente precisos incluso cuando se somete a una sobrecarga moderada. Esto es muy favorable ya que para nuestros requerimientos necesitamos sensar una corriente máxima de 150 A

En la siguiente gráfica podremos observar que al medir los 150 A altera en lo mínimo posible su linealidad.

Figura 9 Grafica de la linealidad del sensor

Por tal razón es la que adoptamos por escoger dicho sensor para hacer la adquisición correspondiente.

Para poder usar este sensor con el arduino debemos acondicionar la señal para que satisfaga las condiciones de entrada de ADC del dispositivo.

Figura 10 Circuito de acondicionamiento para el sensor de corriente

La salida del sensor es una corriente, pero como nosotros ingresamos voltaje debemos colocar una resistencia carga que nos de el voltaje.

Para dimensionar la resistencia de carga se debe seleccionar el rango de medición del dispositivo, en este caso será de 0 a 150Arms.

Primero se obtiene la corriente pico a pico de la siguiente manera

I_pico=Ix√2

I_pico=I50x√2

I_pico=212.13A

Ahora debemos determinar la corriente que nos da a la salida del sensor, como este dispositivo se asemeja a un transformador de corriente se calculara la corriente de salida de acuerdo al bobinado en la salida, el cual para este sensor es de 2000.

I_secundaria=I_primaria/(No vueltas)

I_secundaria=212.13/02000s=106mA

Ahora obtendremos la resistencia de carga. Para esto debemos obtener obtendremos el voltaje en Rl:

V_l=V_ref/2

R_l=V_l/I

R_l=2.5V/106mA

R_l=23.57ohms

En el caso de las resistencias R2 y R1 se adopta por convención que ambas tengan un valor de 10Kohms y el capacitor es usa para reducir el ruido a alta frecuencia.

En este caso el resistor de carga escala la señal para que pueda ser ingresada al dispositivo y el divisor de voltaje de R1 y R2 hace una compensación para eliminar el voltaje negativo de la señal.

Para el sensor de voltaje se utiliza el mismo principio del método anterior haciendo uso de un transformador de voltaje para luego captar la señal y que pueda acondicionada para ingresar al dispositivo.

La electrónica de acondicionamiento de señal tiene que convertir la salida del adaptador a una forma de onda que tiene un pico positivo que es menos de 5 V y un pico negativo que es más de 0 V y por lo que necesitamos:

Escalar hacia abajo la forma de onda

Añadir una compensación de manera que no hay un componente negativo.

Para esto se utiliza el siguiente acondicionamiento.

Figura 11 Circuito de acondicionamiento para el sensor de voltaje

Los resistores R2 y R1 son los que nos ayudaran a escalar la onda que sale del transformador y se ingresara a la entrada ADC del dispositivo. En tanto los resistores R4 y R3 producirán una tensión de compensación de manera q no exista componente negativo y el capacitor es usa para reducir el ruido a alta frecuencia.

Para calcular las resistencias en R2 y R1 se lo hace de la siguiente manera:

En el caso de las resistencias R4 y R3 se adopta por convención que ambas tengan un valor de 10Kohms

- Desarrollo de algoritmos de supervisión, control y almacenamiento de variables.

Conversor análogo - digital

Un conversor (o convertidor) analógico-digital (ADC), es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo.

Lectura de una señal analógica con Arduino

Para trabajar con una señal analógica con arduino se utilizan 2 comandos que son: analogRead y digitalWrite. El primer comando se lo utiliza para leer la señal análoga y el segundo para escribir una señal análoga de PWM, por ejemplo en el siguiente código se explica los comandos que se utilizan para adquirir los datos de la señal análoga y se los presenta en la consola.

Fig 12 Lectura de entradas analógicas en código arduino

Potencia real

La potencia real (también conocida como potencia activa) se define como la energía utilizada por un dispositivo para producir trabajo útil.

Matemáticamente, es la integral definida de tensión, u (t), por la corriente, i (t), ver Ec.[1].

P=1/T ∫▒〖u(t)xi(t)dt=UxIxcos(ϕ)〗 Ec. [1]

En donde:

U => Voltaje RMS

I => Corriente RMS

Cos (ϕ) => Factor de potencia

El equivalente en tiempo discreto es:

P=1/N ∑_(n=0)^(N-1)▒〖u(n)*i(n)〗 Ec. [2]

En donde:

u (n) => valor instantáneo de u (t)

i (n) => Valor instantáneo de i (t)

N => número de muestras.

En la figura 13 se muestra el código necesario para implementar esta ecuación en lenguaje arduino

Fig. xxx a) Calculo de la potencia real en el lenguaje de programación Arduino, b) Ecuación equivalente de “a”

RMS de voltaje y corriente

Figura 13 a) Código arduino para determinar la potencia

Un valor RMS se define como la raíz cuadrada del valor cuadrático medio, Ec[3] es la ecuación de tiempo discreto para el cálculo de voltaje RMS:

Urms=√(∑_(n=0)^(N-1)▒(u^2 (n))/N) Ec. [3]

La corriente RMS se calcula usando la misma ecuación, sustituyendo únicamente muestras de tensión, u (n), por muestras de corriente, i (n)

En la figura 14 se muestra el código arduino necesario para desarrollar Ec[3]

Figura 14 a) Código arduino para desarrollar Ec.[3]. b) Ec.[3]

La potencia aparente y factor de potencia

Ec.[4] define la potencia aparente en un circuito eléctrico.

P_aparente=v_RMS*I_RMS Ec. [4]

En cambio Ec.[5] define el factor de potencia como la razón en tre la potencia activa y el valor absoluto de la potencia aparente.

f.d.p.=P/(⃒S⃒)=cos(ϕ) Ec.[5]

En donde:

⃓S⃓ => valor absoluto de la potencia aparente S

P => Potencia activa

Cos(ϕ) => Angulo entre P y el valor absoluto de S

En la figura 15 se muestra el código arduino necesario para obtener la potencia aparente y el factor de potencia.

Pot

Figura 15 Codio arduino necesario para determinar la potencia aparente y el factor de potencia

Descripción detallada de los componentes Hardware, software.

Para el monitoreo tanto del voltaje como de la corriente en ECOLAC, hemos seleccionado por la opción de utilizar los sensores SCT013-000, transformadores de Tensión en este caso Mascot 9 V AC/AC Adaptador tipo 9580, y a su ves utilizaremos un sistema embebido (Arduino Uno R3) para la adquisición y procesamiento de los datos, también utilizaremos dispositivos electrónicos como resistores y capacitores todo esto hablar del hardware.

Al hablar de software que utilizaremos para el desarrollo de este proyecto será únicamente el entorno de desarrollo arduino y el lenguaje de programación arduino para programar el microcontrolador que posee el arduino

HARDWARE

Sensor SCT 13-000

Este tipo de sensores de corrientes son transformadores de corriente (TC) son sensores que se utilizan para realizar mediciones de corriente alterna. Este sensor es como todo transformador posee un envuelto primario, un núcleo magnético y un envuelto secundario. Este tipo de sensor nos es útil para medir el consumo total de electricidad ya sea de un edificio o cualquier otra localidad, pues la corriente alterna que fluye en el primario produce un campo magnético en el núcleo, que a su vez induce una corriente en el circuito de devanado secundario.

Fig. Imagen del sensor SCT-013-00

Para una mayor especificación de este sensor a continuación se presenta el datasheet.

Fig. 16 Datasheed del SCT-013-000

Mascot 9 V AC/AC Adaptador.

Este tipo de adaptador posee un enchufe de la red integral de BS.1363. La salida es en un cable flotante que tiene un receptáculo de dos polos que se ajusta a un enchufe coaxial de alimentación de CC (suministrado).

La entrada nominal es de 230 V AC 50 Hz y la salida es de 9 V CA, 300 mA. El transformador presenta un adelanto de fase que varía de 2 ° en el límite inferior del rango de suministro de hasta 5,7 ° en el límite superior.

El transformador se suministra con una variedad de enchufes DC fuente de alimentación, que pueden instalarse o bien viceversa. Cuando el conector se monta como se muestra a continuación, es decir, "+" para el conector central, el voltaje de salida está en fase con la entrada.

Para una mayor especificación de este sensor a continuación se presenta el datasheet.

Fig. 17 Datasheet del adaptador AC/AC

Arduino Uno R3

Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Una de las características importantes de este dispositivo es que el microcontrolador de la placa se programa mediante el lenguaje de programación Arduino y el entorno de desarrollo Arduino que es basado en Processing.

Al trabajar con arduino se puede detectar el medio ambiente mediante la recepción de la entrada de una variedad de sensores y puede afectar a sus alrededores por controlar luces, motores y otros actuadores.

Fig. 18 Arduino Uno R3

Características del Arduino Uno R3

SOTWARE

Como se menciono en un principio necesitaremos de lenguaje de programación arduino y de entorno de desarrollo arduino. El lenguaje de programación arduino es basado en “Wiring” que es un marco de programación de código abierto para microcontroladores que permite escribir software multiplataforma para controlar los dispositivos conectados a una amplia gama de placas microcontroladores para crear todo tipo de códigos creativos, objetos interactivos, espacios o experiencias físicas. Cabe recalcar que los programas de Arduino se puede dividir en tres partes principales que son: la estructura, los valores que son variables y constantes, y las funciones.

El entorno de desarrollo arduino es basado en “Processing” que es un lenguaje de programación de código abierto y el medio ambiente para las personas que desean crear imágenes, animaciones e interacciones. Inicialmente desarrollado para servir como un cuaderno de bocetos de software y enseñar los fundamentos de la programación de computadoras dentro de un contexto visual, procesamiento también se ha convertido en una herramienta para generar trabajo terminado profesional. En la actualidad, hay decenas de miles de estudiantes, artistas, diseñadores, investigadores y aficionados que utilizan procesamiento para el aprendizaje, creación de prototipos y producción.

Presupuesto

Según los dispositivos mencionados en la parte anterior se ha elaborado un presupuesto de la inversión que se debería realizar por la compra de los materiales.

Cantidad Dispositivo Precio unitario Precio

3 Mascot 9 V AC/AC Adaptador. 22,50 67,50

3 Sensor SCT 13-000 17,79 53,37

1 Arduino Uno R3 28,75 28,75

12 Resistores 0,50 6,00

3 Capacitores 0,15 0,45

4 Mano de obra 50,00 200,00

Total $ 356,07

Envio de datos

Para el envió de los datos y presentación y la presentación de los datos en una PC, realizamos la comunicación serial entre un sistema embebido (Arduino) y la PC.

Para la comunicación serial se realiza la entrada de los datos en tipo cadena de caracteres usando el comando inputString una vez completada, se abre el puerto serial lo cual se realiza mediante el comando serial. Begin (9600) donde 9600 es la velocidad en baudios. Donde se reservan 200 bytes para la cadena de caracteres de entrada.

Se imprime la cadena en la consola serial y lo borra cuando llega un nuevo dato, usando el comando Serial.println(inputString).

a continuación se muestra un ejemplo del código para hacer la lectura y mostrar la cadena en la consola serial

Referencias:

[1] Fluke Corporation. Disponible en: http://www.fluke.com

[2] Instalaciones Eléctricas de Baja Tensión Comerciales e Industriales. Angel Lagunas Marqués

Artefacto

Cantidad Potencia C/U (W) Potencia total (KW) Factor de potencia Fc Ø POTENCIA Q (KVAr) PONTENCIA APARENTE │S│ (KVA) TIEMPO DE USO DIARIO EN HORAS TRABAJO (KW-h) COSTO DIARIO (0,085xKW-h)

Cargas Especiales

EQUIPO MODELO CRYOSTAR 7160 1 2800 2,8 0,7 45,57 2,857 4 8 32 2,72768

ENVASADORAS DE BOLSAS DE YOGURTH MODELO 1300/ES PROLAVALL 1 8000 8 0,9 25,84 3,875 8,889 6 53,334 4,546

TANQUE ENFRIAMIENTO DE LECHE, CAP. 4000 LT MUELLER 1 124,33 0,12433 0,7 45,57 0,127 0,178 6 1,068 0,091

TANQUE ENFRIAMIENTO Y ALMACENAJE DE LECHE MODELO DX/O DE LAVAL 1 746 0,746 0,85 31,79 0,462 0,877 6 5,262 0,449

TANQUE FRIGORIFICOS DE LECHE CVS 1050 1 21486,6 21,4866 0,86 30,68 12,749 24,984 6 149,904 12,778

Codificadora 1 746 0,746 0,9 25,84 0,361 0,829 8 6,632 0,565

TANQUE ALMACENADOR DE LECHE, ISOTERMICO ACINDEC 1 370 0,37 0,75 41,41 0,326 0,493 0 0

Bomba de descarga de materia prima 1 2200 2,2 0,8 36,87 1,65 2,75 1 2,75 0,234

TANQUE DE FERMENTACION DESCONOCIDO 1 370 0,37 0,67 47,93 0,41 0,552 8 4,416 0,376

TANQUE DE FERMENTACION DESCONOCIDO 1 370 0,37 0,67 47,93 0,41 0,552 8 4,416 0,376

TANQUE DE FERMENTACION DESCONOCIDO 1 370 0,37 0,67 47,93 0,41 0,552 8 4,416 0,376

TANQUE DE FERMENTACION DESCONOCIDO 1 370 0,37 0,67 47,93 0,41 0,552 8 4,416 0,376

COMPRESOR AIRE STENHOJ 1 3300 3,3 0,8 36,87 2,475 4,125 7 28,875 2,461

Tanque grande 1 1 370 0,37 0,67 47,93 0,41 0,552 8 4,416 0,376

Congelador (mipro) 1 4600 4,6 0,86 30,68 2,729 5,349 7 37,443 3,192

COMPRESOR DE GAS REFRIGERANTE MODELO 3H250 DORIN 1 3000 3 0,8 36,87 2,25 3,75 7 26,25 2,238

OLLA DOBLE CAMISA, CON AGITADOR MECANICO DESCONOCIDO 1 124,33 0,12433 0,6 53,13 0,166 0,207 12 2,484 0,212

motor A 1 1200 1,2 0,8 36,87 0,9 1,5 6 9 0,767

TINA COAGULACION DE QUESO CON AGITADOR MECANICO DESCONOCIDO 1 10 0,01 0,67 47,93 0,011 0,015 4 0,06 0,005

DESCREMADORA DE SUERO MODELO MTA5-00-104 WESTFALIA 1 124,33 0,12433 0,8 36,87 0,093 0,155 8 1,24 0,106

PRENSA HIDRAULICA METALICA PARA QUESOS DESCONOCIDO 1 2500 2,5 0,9 25,84 1,211 2,778 2 5,556 0,474

Pasteuriazadora 1 27600 27,6 0,85 31,79 17,105 32,471 8 259,768 22,143

BATIDORA DE CREMA MODELO 15-20 GIORNI TOGLIERE 1 550 0,55 0,75 41,41 0,485 0,733 4 2,932 0,25

MOTOR CHILER MODELO 1 2238 2,238 0,8 36,87 1,679 2,798 8 22,384 1,908

maquina(queso mozzarella) 1 4950 4,95 0,78 38,74 3,971 6,346 8 50,768 4,327

Cargas normales

Lector de manos 1 10 0,01 0,95 18,19 0,003 0,01 8 0,08 0,007

Secadora de manos 1 1500 1,5 0,95 18,19 0,493 1,579 0,1 0,1579 0,013

Refrigerador 2 600 1,2 0,6 53,13 1,6 2 4 8 0,682

Baño Maria 1 15000 15 0,95 18,19 4,93 15,789 0,15 2,36835 0,202

Milkotester 1 200 0,2 0,9 25,84 0,097 0,222 4 0,888 0,076

Microondas 1 1500 1,5 1 0 0 1,5 0,15 0,225 0,019

Computadoras 2 300 0,6 0,9 25,84 0,291 0,667 4 2,668 0,227

Nevera 2 210 0,42 0,8 36,87 0,315 0,525 5 2,625 0,224

Balanza electrónica 2 3,24 0,00648 0,98 11,48 0,001 0,007 5 0,035 0,003

Computadoras 1 300 0,3 0,9 25,84 0,145 0,333 3 0,999 0,085

Impresora 2 42 0,084 0,9 25,84 0,041 0,093 0,5 0,0465 0,004

Oficina

FAX MODELO KX-FT907LA PANASONIC 1 288 0,288 0,9 25,84 0,139 0,32 0,3 0,096 0,008

SUMADORA MODELO DR - 120LB CASIO 3 50 0,15 0,9 25,84 0,073 0,167 8 1,336 0,114

SUMADORA MODELO DR-240TM CASIO 3 50 0,15 0,9 25,84 0,073 0,167 8 1,336 0,114

Computadoras 3 300 0,9 0,9 25,84 0,436 1 8 8 0,682

computadoras personal 1 600 0,6 0,9 25,84 0,291 0,667 7 4,669 0,398

Total:

POTENCIA Q (KVAr) PONTENCIA APARENTE │S│ (KVA)

66,46 131,033

Observaciones:

Como es de conocimiento uno de nuestros objetivos es determinar que si existen o no fugas de energía en la empresa ECOLAC, y tras varias semanas de mediciones hemos encontrado que si existe fuga de energía que se deben a luminarias y activación de cisterna que pertenece a UTPL.

Al conversar con el gerente de la empresa nos comunico que la empresa ECOLAC no debe pagar por luminarias externas a la empresa ni tampoco por la cisterna de UTPL, por lo cual sería conveniente saber cuanto se ha pagado por dichas conexiones externas, desde que ECOLAC se separo de UTPL.

En la tabla 2 se muestra el valor económico que ECOLAC a pagado desde el mes de Enero hasta el mes de Octubre utilizando el precio de $ 0.63 el KW-h.

La empresa ECOLAC tienes ya muchos años de funcionamiento en nuestra ciudad y por ello algunas de sus maquinas no contienen la información necesaria para realizar precisamente el levantamiento de cargas, en aquellos casos donde no hemos podido obtener los daros directamente desde las placas o tablas de información en cada maquina, optamos por realizar mediciones de corriente cuando la maquina este en funcionamiento y realizar los cálculos necesarios para poder acercarnos a los datos reales de dichas máquinas deberían tener. Cabe recalcar estas mediciones tuvimos que realizarlas muy rápidamente y en un tiempo muy corto ya que no teníamos permitido el acceso a esas maquinas en funcionamiento.

Artefacto Cantidad Potencia C/U (W) Potencia total(KW) Factor de utilidad (fu) Factor de simultaniedad (fs) POTENCIA TOTAL FINAL P (KW) (PT x Fu x Fs) Factor de potencia Fc Ø POTENCIA Q (KVAr) PONTENCIA APARENTE │S│ (KVA) TIEMPO DE USO DIARIO EN HORAS TRABAJO (KW-h) COSTO DIARIO (0,63xKW-h)

Luminaria Pública 1 100 0,1 0,5 1 0,05 1 0 0 0,05 12 0,6 0,378

Lamparas fluorecentes 6 60 0,36 0,5 1 0,18 0,5 60 312 0,36 12 4,32 2,7216

Valor a pagar

al día 3,0996

al mes 92,988

De enero a Octubre 929,88

En las instalaciones lumínicas existe varios circuitos desconocido, es decir; que no se puede identificar que protección corresponde a ese circuito.

Columna1 N Lum. Pontencia (W) cos θ Voltaje (V) Corriente (I) Protección (instalada) Protección (Correcta)

CI 1 8 40 0,5 120 2,666666667 20 A 5A

CI 2 8 40 0,5 120 2,666666667 20 A 6a

CI 3 14 40 0,5 120 4,666666667 20 A 7a

CI 4 6 40 0,5 120 2 20 A 8a

CI 5 4 40 0,5 120 1,333333333 20 A 9a

Con las mediciones realizadas se pudo identificar 5 circuitos, los cuales se presentan en la siguiente tabla:

Se puede apreciar con esto que existe una mala selección en cuanto a las protecciones ya que exceden por mucho al amperaje máximo consumido por las cargas.

Otra observación que pudimos constatar es que varias de las protecciones del tablero STD 9 están teóricamente sin carga ya que al momento de medir el amperaje que llega a las protecciones es cero al momento de activar y desactivar la protección

Los circuitos de luminarias en el plano que son desconocidos se asume que se encuentran conectados directamente con el tablero principal, ya que al momento de hacer la prueba de desactivar este las luminarias procedieron a desactivarse.

Es muy difícil poder determinar a que circuito corresponden dichas protecciones desconocidas ya que estas instalaciones son muy antiguas por tanto es difícil poder encontrar los conductores que alimentan estos circuitos

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