Diseño e implementación de un sistema de monitoreo y alerta aplicado a la red eléctrica residencial utilizando NodeMCU

Abstract

El objeto de estudio de esta investigación es determinar en qué medida es eficiente un sistema de monitoreo y alerta de una red eléctrica residencial utilizando NodeMCU, con el propósito de supervisar y optimizar la eficiencia del consumo de potencia eléctrica en una vivienda. Para ello se utilizaron técnicas de recolección de datos de corriente a través del sensor de inducción, luego una técnica de análisis electrónico para lectura de voltaje por división de voltaje, que consiste en escalar el voltaje de entrada AC a los rangos de lectura del microcontrolador en DC. Finalmente, se utiliza la técnica MQTT para el protocolo de comunicación que consiste en la transmisión de valores desde un microcontrolador a una base de datos vía Wi-Fi. En esta investigación se utilizaron módulos electrónicos para la captura de datos de corriente y voltaje, y diferentes programas informáticos como: Eagle, para el diseño electrónico y eléctrico del sistema; Autodesk Inventor, por el desarrollo del esquema de los componentes del sistema y por el diseño del prototipo de la carcasa que alberga los componentes electrónicos; UltiMaker Cura 5.2, para configurar la impresión 3D del estuche; Arduino IDE, para el desarrollo del código de programación del microcontrolador ESP32 que se realiza en lenguaje C++; Firebase Google, para obtener monitoreo y alertas a través de una interfaz IDE la cual se programó con código HTML y finalmente se utilizó Visual Studio Code para crear la interfaz gráfica de acceso de usuarios en la página web. Los resultados demostraron que esta propuesta permitió monitorear y obtener de manera óptima el consumo de potencia de manera local y remota con base en magnitudes iniciales de voltaje, corriente y potencia, obteniendo un bajo porcentaje de error de 0,39% y 3,12% en las mediciones de voltaje y corriente respectivamente, comparándolos con instrumentos de medición de alta precisión marca Fluke previamente calibrados. Además, se obtuvo una precisión calculada del 97,9289% para la potencia, tomando como base los valores obtenidos por los instrumentos. Con estos parámetros, el algoritmo de control muestra la potencia de forma local a través de una pantalla LCD y de forma remota a través de una página web. Finalmente, el sistema puede avisar cuando se produce una anomalía como un corte de energía a través de una notificación a Gmail y en la interfaz del sitio web.