UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
“PLAN DE TESIS”
“PROPUESTA DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO AUTOMÁTICO DE CONTROL CONTROL Y MONITOREO MONITOREO DEL CONSUMO DE ENERGIA ELECTRICA EN LA FIME-UNICA” FIME-UNICA”
AUTORES:
Bach. HUAYANCA LEON ALAN FRANK Bach. GARCIA SOTELO FRANK EDWIN
Agosto - 2014 2014
ICA – ICA – PERU PERU
I.
TÍTULO
“PROPUESTA DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL Y MONITOREO DEL CONSUMO DE ENERGIA ELECTRICA EN LA FIME-UNICA”
II.
NOMBRE DE LOS AUTORES Bach. HUAYANCA LEON ALAN FRANK Bach. GARCIA SOTELO FRANK EDWIN
III.
NOMBRE DEL ASESOR. Ing. Fidel Humberto Andía Guzmán
IV.
RESUMEN. En los últimos años es frecuente escuchar el término “edificio inteligente”, para identificar la edificación o conjunto de edificaciones cuyas funciones básicas están controladas y monitoreadas automáticamente a través de una PC. Al término científico de edificio inteligente se le conoce con el nombre de Domótica y cuando tiene que ver con la necesidad de ahorros de recursos y energía se le denomina Inmótica. En el Libro Manual de la Domótica, escrito por José Manuel Huidobro, Ramón Jesús Millán Tejedor, definen domótica como la instalación e integración de varias redes y dispositivos electrónicos en el hogar, que permiten la automatización de actividades cotidianas y el control local o remoto de la vivienda o del edificio inteligente. La domótica no son servicios ni productos aislados, sino simplemente la implementación e integración de todos los aparatos en el hogar (eléctricos, electrónicos, informáticos, etc.). No obstante, la incorporación e integración de estas redes y dispositivos en la vivienda domótica posibilitan una cantidad ilimitada de nuevas aplicaciones y servicios en el hogar, consiguiendo así un mayor nivel de confort, se aumenta la seguridad y se reduce el consumo energético. Innegablemente, esto sería posible mediante un diseño arquitectónico totalmente funcional, modular y flexible, que garantice una mayor estimulación en el trabajo y, por consiguiente, una mayor producción laboral; sin embargo, en nuestro caso esto no va ser posible dado que vamos a implementar una
parte de la automatización a un conjunto de edificios que ya está en funcionamiento y que cuenta con instalaciones eléctricas antiguas que en muchos casos es necesario su reemplazo. Tenemos que tener en cuenta además, que la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica está en fase de ampliación de sus instalaciones con nuevas aulas, laboratorios y talleres. El propósito de esta investigación es proyectar métodos y técnicas de control y monitoreo del consumo energético centralizado en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la U.N.ICA, mediante un software de sistema automático diseñado especialmente para este fin, teniendo en cuenta dos escenarios, uno actual y otro futuro. De los resultados obtenidos, se instalara un simulador con el que se validaría la tecnología más adecuada a las condiciones reales en que funciona el sistema eléctrico en el conjunto de edificaciones descritas. Es innegable que, uno de los más grandes problemas que tiene la U.N.ICA es el derroche de energía, siendo el más alto rubro de gastos en servicios básicos. Aún sin contar con una estadística real, se dice que la U.N.ICA consume energía por encima del doble de su demanda teórica por ello esta investigación está plenamente justificada.
V.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 5.1 Delimitación del Problema. Hasta la actualidad el usuario de una instalación eléctrica convencional se conformaba sencillamente con iluminarse, calentarse y disponer de acceso al tendido eléctrico para conectar los electrodomésticos y demás componentes eléctricos. Los requisitos de una instalación se limitaban a proteger las líneas y las personas contra los riesgos eléctricos. Posteriormente, a las funciones tradicionales se han añadido nuevas funciones y productos que gestionan la energía y el confort como aparatos que permiten aplicaciones específicas como programar la calefacción, regular la temperatura ambiental, gestionar el consumo de energía, etc. La incorporación de estas instalaciones singulares ha supuesto mayor complejidad, aumentando el cableado interno de la vivienda y provocando
que una ampliación y/o modificación de dicha instalación se traduzca en largas y costosas intervenciones por parte del instalador. En el transcurso de los años y hasta la fecha, los consumos han variado y se han hecho una serie de ampliaciones y acometidas que han creado un desorden en las instalaciones eléctricas de la Ciudad Universitaria y por tanto una ausencia total del monitoreo y control del consumo de energía eléctrica, por cuyo costo la Universidad destina un importante recurso que bien puede servir para atender las demandas de orden académico. No solo nos enfrentamos a una incultura del ahorro y consumo energético, sino también a hurtos y pérdidas de energía por deficiencias de los equipos o por cables defectuosos. No se tiene una estadística del consumo eléctrico de la ciudad universitaria, tampoco se tiene sectorizado el consumo por unidades, con lo que podría conocer que unidades consumen más y cuales consumen menos energía. Por eso es necesario y urgente establecer dos planes de cumplimiento necesario: El estudio del consumo eléctrico y determinación de las pérdidas técnicas y no técnicas de la Ciudad Universitaria y la implantación de un sistema moderno de monitoreo y control de la energía eléctrica, centralizado en una unidad de control y administrado mediante una PC. Por consideraciones técnicas y operativas, este estudio se limita a desarrollar una propuesta analítica y de innovación tecnológica aplicado solamente al ámbito físico – territorial de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la U.N.ICA. Se estima que el tiempo necesario para desarrollar la propuesta es de 4 meses. Asimismo, se recurrirá a instituciones de apoyo a la investigación para efecto de financiamiento y asesoría
5.2 Formulación del Problema.¿Será factible el análisis y desarrollo un sistema automático de control y monitoreo del consumo de energía eléctrica de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la U.N.ICA?
5.3 Importancia y justificación de la Investigación.Es importante y se justifica porque:
a)
b)
c)
d) e) f)
VI.
Se estudiará diferentes metodologías y propuestas tecnológicas para controlar y monitorear el consumo de energía eléctrica en la FIME UNICA. Se analizará las ventajas que tiene el control y monitoreo del consumo de energía eléctrica en el ahorro económico, ahorro energético y el impacto al medio ambiente. Se propondrá una tecnología eficiente para que sea implementada en la Facultad y por extensión en toda la Universidad San Luis Gonzaga de Ica. Con la tecnología propuesta, será posible identificar las unidades defectuosas, con fines de reemplazo y mantenimiento. Fomentara en la comunidad universitaria la cultura del ahorro y del uso racional de la energía eléctrica, Internalizará en la comunidad universitaria, conceptos de calidad de vida y desarrollo sostenible.
BASES TEÓRICAS. 6.1 Antecedentes.El 2010, Serna Machado Carlos; publica en la Revista “Producción + Limpia”, el artículo “Gestión energética empresarial una metodología para la reducción de consumo de energía ”. Concluyendo que, La eficiencia energética no es solo el cambio de Motores, o el cambio de iluminación en una compañía, para llegar a obtener el resultado positivo fue la implementación de la AEE que involucro y comprometió a toda la compañía desde el trabajador hasta la alta gerencia. El uso de tecnologías como variadores de velocidad para sistemas de bombeo, control de torques y manejo de velocidades para los diferentes procesos ayudan a obtener eficiencia energética y por ende llevar a tener ahorros energéticos en la compañía. El 2013, Francisco Hernán Lema Chicaiza y Fausto Daniel Panchi Martínez, publican en su tesis “Estudio y Diseño de un Sistema Scada para cortes y reconexiones del sistema eléctrico en los laboratorios de Ingeniería Eléctrica”. Concluyendo que, Con la Telemetría el distribuidor tendrá la capacidad de poder monitorear todos los eventos que se generen en cada uno de los contadores instalados y los usuarios de igual manera en lo que respecta a consumo y contribuir ahorro energético. Mediante el uso de Sistema Scada diseñado se puede monitorear y a la vez generar
una base de datos constantes que muestren datos de relevancia como el consumo, voltaje y corriente. El 2011, Morales Vizuete Diana Carolina; publica en su proyecto “Diseño e Implementación de un Sistema de Monitoreo mediante Telemedición del consumo de Energía Eléctrica de clientes especiales, de la empresa Eléctrica Ambato Regional Centro Norte” . Concluyendo que, La Telemetría es una tecnología que se encuentra en auge, por lo que distintas empresas, como la EEASA, han decidido emplearla para mejorar la eficiencia en la medición del consumo. El sistema de monitoreo permite interconectar a los usuarios a través de internet con un determinado contador de energía eléctrica, para realizar una lectura de la memoria del mismo, realizando de esta manera un control aleatorio o periódico.
6.2 MARCO TEÓRICO
En el desarrollo de la investigación, va ser necesario la aplicación teórico, práctico y experimental de la combinación indesligable Ordenador – Sensor – Comunicación. Para la parte sensora, los conceptos que se usarán serán los de circuitos eléctricos, instalaciones eléctricas, control automático y control de procesos industriales. Específicamente, veremos la parte instrumental física del proyecto estudiado y su factibilidad técnica. Finalmente, para la parte de comunicación va ser necesario conocer los conceptos de Telecomunicaciones, Líneas de Transmisión y Microondas, Sistemas de radio propagación, Redes, Protocolo y Antenas. Se incidirá en la seguridad en las comunicaciones, evitando que el sistema se vea alternado por la acción de un intruso, es importante definir claramente el protocolo de comunicaciones que puede ser: estándar o propietario. Si la comunicación será mediante medio alámbrico o inalámbrico. Todos los conceptos que se han descrito, forman parte del currículo de estudios de la Carrera de Ingeniería Electrónica y que se imparte en la FIME – UNICA. En lo que se refiere a la conexión entre el sistema en sí y el ordenador, veremos las formas de comunicación más adecuada, ya sea mediante cableado estructurado o telefonía IP u otro TIC que no genere mayor impacto económico en la fase constructiva y de implementación. En el caso de comunicación IP, veremos la posibilidad de utilizar el sistema que se instalara mediante la modalidad de proyectos.
Algunos conceptos serán los que se pueda obtener de catálogos y manuales de fabricantes de equipos electrónicos, que en muchos casos difiere de lo que se estudia en la Carrera de Ingeniería Electrónica. Va ser necesario manejar algunas técnicas estadísticas para la fase de demanda futura y los necesarios conceptos econométricos para ver la inversión y recupero de inversión en un estado de implementación definitiva. No vamos a descuidar una de las fases tan necesarias como es la del Impacto Ambiental, muy necesaria en estos tiempos de modernidad y desarrollo sostenible.
6.3 MARCO CONCEPTUAL:
1. Radiopropagación: Es el comportamiento de las ondas de radio (electromagnéticas) cuando se trasladan por el espacio. Se transmiten, reciben o propagan desde un punto sobre la Tierra a otro, a la atmósfera o al espacio. Siendo una forma de radiación electromagnética.
2. Sistema de Control Automático: Es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir sin intervención de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento.
3. Protocolos: Es el conjunto de normas que regulan la comunicación (establecimiento, mantenimiento y cancelación) entre los distintos componentes de una red informática. Pueden ser protocolos de bajo nivel y protocolos de red.
4. Telefonía IP: Es también llamado Voz sobre IP, Voz IP, VozIP. Es un grupo de recursos que hacen posible que la señal de voz viaje a través de Internet empleando un protocolo IP (Protocolo de Internet). Esto significa que se envía la señal de voz en forma digital y en paquetes de datos.
5. TIC: (Tecnología de la Información y Comunicación). Es un conjunto de herramientas computacionales, soportes y canales para el tratamiento y acceso a la información. Constituyen nuevos soportes y canales para dar forma, registrar, almacenar y difundir contenidos informacionales. 6. Impacto Ambiental: Es el efecto que produce la actividad humana sobre el medio ambiente. 7. Líneas de Transmisión: Son estructuras de guiado de energía cuyas dimensiones, salvo una, son pequeñas frente a la longitud de onda de los campos electromagnéticos. Es posible considerar a la línea como una sucesión de cuadripolos de tamaño infinitesimal en cascada. Para cada cuadripolo entonces se puede aplicar la cuasi-estática. Esta descripción circuital se conoce como de parámetros distribuidos.
VII.
OBJETIVOS. 7.1 Objetivo General.Proponer un sistema automático de Control y monitoreo del consumo de energía eléctrica para la FIME – UNICA.
7.2 Objetivos Específicos.a) Analizar un sistema automático de Control y monitoreo del consumo de energía eléctrica para la FIME – UNICA. b) Desarrollar un sistema automático de Control y monitoreo del consumo de energía eléctrica para la FIME – UNICA.
VIII.
HIPÓTESIS Y VARIABLES. 8.1 HIPÓTESIS 8.1.1 HIPÓTESIS CENTRAL
La propuesta de un Sistema automático de control y monitoreo del consumo de energía eléctrica en la FIME – UNICA, será técnica y económicamente aceptada.
8.1.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS H1: El análisis de un Sistema automático de control y monitoreo del consumo de energía eléctrica en la FIME – UNICA, será técnica y científicamente aceptada. H2: El desarrollo de un Sistema automático de control y monitoreo del consumo de energía eléctrica en la FIME – UNICA, será técnica y económicamente aceptada. 8.2 VARIABLES. 8.2.1 DE LA HIPÓTESIS CENTRAL Variable Dependiente Y: Consumo de Energía Eléctrica en la FIME Variable Independiente X: Propuesta de un Sistema Automático de Control y Monitoreo
8.2.2 DE LAS HIPÓTESIS ESPECÍFICAS DE LA PRIMERA HIPÓTESIS: Variable Dependiente Y1: Consumo de Energía Eléctrica en la FIME Variable Independiente X1: Análisis de un Sistema Automático de Control y Monitoreo DE LA SEGUNDA HIPÓTESIS: Variable Dependiente Y2: Consumo de Energía Eléctrica en la FIME Variable Independiente X2: Desarrollo de un Sistema Automático de Control y Monitoreo IX.
ESTRATEGIA METODOLÓGICA. 9.1 Diseño de la Investigación.El Tipo de Investigación será Aplicada. El Nivel será de pre – grado y alcanzará hasta estudio factibilidad.
9.2 Población y Muestra.La Población y Muestra será la que corresponde a cada una de las unidades y ambientes físicos de la FIME – UNICA.
9.3 Técnicas de recolección de Información.Las Técnicas de recolección de la información serán: - Mediciones en zonas críticas. - Recolección y tratamiento de los registros históricos de consumo versus la oferta de energía. - Técnicas econométricas y de proyecciones estadísticas para el tratamiento de la información. - Centralización de la información. - Recopilación de otros estudios realizados. - Tratamiento de la información obtenida.
9.4 Instrumentos de Recolección de Información.- Instrumentos de Medición: Telurómetro, Meghómetro, Analizador de Redes, etc. - Encuestas. - Entrevistas de campo. - Internet.
X.
BIBLIOGRAFÍA.
Libro Manual de Domótica, J.M. HUIDOBRO MOYA – R.J.MILLÁN TEJEDOR - 2010 Mozer, M.C., Lessons from adaptative home. In. Cook, D.J., Dak, S.K (eds), Smars Environments: Technology, Protocols and applications, Wiley. Pp. 273 – 298. Ley de Concesiones Eléctricas del Perú, Reglamento y Normas complementarias. Proyecto de Nuevo Código Eléctrico Peruano. Normas ANSI.
Páginas en Internet.
www.domodesk.com www.ias.org.ar
XI.
www.imei.com www.arquired.com www.soloarquitectura.com http://es.wikipedia.org/
CRONOGRAMA. Meses Actividades 1.- Recopilación de información.
2
3
4
5
6
X
2.- Clasificación de la información.
X
3.- Análisis y procesamiento de la información.
XII.
1
X
4.- Análisis de datos de campo y experimentales
X
5.- Evaluación Económica.
X
6.- Redacción del Borrador de la Tesis
X
7.- Redacción de la tesis y sustentación.
X
X
PRESUPUESTO. PRESUPUESTO
NUEVOS SOLES
EGRESOS a) Materiales de Escritorio e Impresión. b) Alquiler equipos de cómputo. c) Equipos de Prueba y simulador. d) Servicios. e) Movilidad. f) Material Bibliográfico. g) Honorarios Autores h) Otros.
8.415.00 500.00 100.00 2.000.00 250.00 800.00 1.000.00 3.000.00 765.00
INGRESOS Financiamiento de Instituciones Financiamiento U.N.ICA. Aporte Personal BALANCE INGRESOS – EGRESOS
8.415.00 4.800.00 1.000.00 3.615.00 00.00
XIII.
ESTRUCTURA TENTATIVA DE LA TESIS Capitulo I. Introducción Capítulo II. Marco Teórico Capitulo III. Descripción de la Instalación Actual y futura Capitulo IV. Diseño de los Software en Lenguaje de Programación Capitulo V. Diseño del Equipamiento Eléctrico y Electrónico. Capítulo VI. Especificaciones Técnicas del prototipo de simulación. Capitulo VII. Análisis de los Resultados Capitulo VIII. Protocolo de Pruebas Capitulo IX. Análisis de Costos y Beneficios Capitulo X. Conclusiones Capitulo XI. Recomendaciones Bibliografía Pauta Documental
XIV.
SUSCRIPCIÓN DEL PROYECTO. Los que suscriben:
--------------------------------------------HUAYANCA LEON ALAN FRANK AUTOR
---------------------------------------------GARCIA SOTELO FRANK EDWIN AUTOR
----------------------------------FIDEL ANDÍA GUZMÁN ASESOR
AÑO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL
“
COMPROMISO CLIMATICO
”
SOLICITO:
Inscripción y aprobación de proyecto de tesis.
SEÑOR DECANO DE LA F ACULTAD DE I NGENI ERIA M ECANICA Y ELECTRI CA DE LA U.N.I CA. S.D.
GARCIA SOTELO FRANK EDWIN, identificado con D.N.I 46650911; domiciliado en Barrio La Achirana s/n - Los Aquijes - Ica y HUAYANCA
LEON ALAN FRANK , identificado
con D.N.I.40139023; domiciliado en Sto. Domingo de Guzmán P32 - Ica, Egresados de la Facultad ambos de la Carrera Profesional de Ingeniería Electrónica, nos presentamos ante usted para exponerle: Que deseando obtener el título Profesional de Ingeniero Electrónico mediante la modalidad de Titulación por Tesis, siendo requisito indispensable la presentación y aprobación de un proyecto de Investigación. Solicito a usted que, dentro del plazo establecido en Reglamento de Grados y Títulos y en el Manual de Procedimientos de la U.N.ICA; gestione ante quien corresponda la inscripción, patrocinio y aprobación del proyecto de tesis denominado: “SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL Y MONITOREO DEL C ONSUMO DE ENERGIA ELECTRICA EN LA FIME- UNICA” y cuyo resumen con el visto bueno del asesor adjunto. POR TANTO: Sírvase a acceder a mi petición por ser de justicia 17 de Julio del 2014
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Huayanca León Alan Frank
Garcia Sotelo Frank Edwin
DNI. Nº 40139023
DNI. Nº 46650911
AÑO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMATICO
“
”
DECLARACIÓN JURADA
GARCIA SOTELO FRANK EDWIN, identificado con D.N.I 46650911; domiciliado en Barrio la Achirana s/n - Los Aquijes - Ica, y HUAYANCA LEON ALAN FRANK, identificado con D.N.I.40139023; domiciliado en Sto. Domingo de Guzmán P32 - Ica, Egresados de esta Facultad ambos de la Carrera Profesional de Ingeniería Electrónica; DECLARO BAJO JURAMENTO, que el tema de Tesis:
“SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL Y MONITOREO DEL CONSUMO DE ENERGIA ELECTRICA EN LA FIME-UNICA” , es inspiración inédita de los suscritos y no existe tema similar en la Facultad; caso contrario nos haremos merecedores a las sanciones que las normas establecen.
Dando fe de lo expuesto y en pleno uso de nuestras facultades mentales y físicas suscribimos la presente con firma y rúbrica a los veintiún días del mes de Enero del año dos mil ocho.
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Huayanca León Alan Frank
García Sotelo Frank Edwin
DNI. Nº 40139023
DNI. Nº 46650911
“AÑO
DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMATICO”
Ica, 17 de Julio del 2014 Señor: PRESIDENTE DE LA COMISIÓN DE GRADOS Y TÍTULOS DE LA FIME. Presente.Es grato dirigirme a usted para informar que vengo asesorando a los Bachilleres HUAYANCA LEON ALAN FRANK y GARCIA SOTELO FRANK EDWIN, en la elaboración de su Proyecto de Tesis denominado: “SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL Y MONITOREO DEL CONSUMO DE ENERGIA ELECTRICA EN LA FIME-UNICA”, el cual seguiré realizando hasta su total culminación. Sin otro particular, me despido de Usted. Atentamente,
_______________________ FIDEL H. ANDÍA GUZMÁN Profesor Asociado a D.E.
