CONTROL DE ILUMINACIÓN

NOMBRE Y MATRÍCULA DE INTEGRANTES:CÓRDOVA LEAL ÁNGEL ISIDRO 1305340

CUPUL ABAN MARCO ANTONIO 1305289

DZIB TUZ ROBERTO LAURENCE 1305301

GONZÁLEZ RAIGOZA RAMICEL ANTONIO 1305157

Proyecto integrador: ahorro de energía en aula D-204 de Universidad Tecnológica de la Riviera Maya

INTRODUCCIÓN

Actualmente un control de iluminación es muy caro, la instalación complicada y se limita debido a la configuración del aparato, ya que no se ajusta a las necesidades, sino que la configuración está determinada por el fabricante.

El proyecto de control de iluminación que se desarrolló para el aula D-204 de la Universidad Tecnológica de la Riviera Maya (UTRM), es la integración de una placa electrónica, sensores, actuadores y lógica de programación para controlar de manera domótica la cantidad de iluminación en el salón.

Ejemplo de control de iluminación con protocolo KNX

ANTECEDENTES 1/2

La UTRM cuenta con 5 edificios, que se dividen en distintas áreas. El proyecto toma como referencia el aula 204 del edificio D, que tiene 6 gabinetes de dos lámparas de 32 watts cada una, la cuales se encienden mediante dos interruptores (apagadores), uno para 3 lámparas y el otro para las restantes.

Interruptor 1, encendido de las luminarias 1,3,5 Interruptor 2, encendido de las luminarias 2,4,6

ANTECEDENTES 1/2

La Norma Oficial Mexicana NOM-025-STPS-2008, Condiciones de iluminación en los centros de trabajo. En el punto 7. Niveles de iluminación para áreas visuales y áreas de trabajo establece “En áreas de empaque y ensamble, aulas y oficinas debe de haber un nivel mínimo de iluminación de 300 luxes”.

Plano del aula, realizado en la programa Dialux Evo.

JUSTIFICACIÓN

En ciertas ocasiones, se suele escuchar en las escuelas “el que salga al último apaga las luces”, lo hacemos por cultura y por conciencia, esto para el ahorro energético tanto en términos económicos como también del cuidado del ambiente. ¿Pero a quién no se le ha olvidado esa frase?, comúnmente olvidamos apagar las luces, lo que repercute en un consumo innecesario, pérdida de dinero y un daño al ambiente, que se pudo haber evitado.

Debido a esta problemática, el presente proyecto ayudará a controlar de manera fácil y eficiente las luminarias del salón de clases D-204 de la UTRM. Además que contribuirá a reducir el consumo de energía, reducir el costo y brindar mayor confort.

OBJETIVOS

Objetivo generalDisminuir el consumo de energía eléctrica por concepto de iluminación, que tiene el salón D-204 por medio de un dispositivo de control que ayudará a regular su uso.

Objetivos Secundarios• Crear un aplicación para la comunicación Android-Arduino.

• Implementar un sistema domótico, con el que se podrá interactuar a través de un dispositivo Android (interface) utilizando la aplicación desarrollada.

• Realizar cálculos de luxes que brinda las luminarias del aula en la programa Dialux, con base en la Norma Oficial Mexicana NOM-025-STPS-2008.

• Programar en lenguaje C/C++.

• Realización del plano del establecimiento en los programas Autocad y Sketchup.

• Calcular áreas de cobertura, determinar la ubicación (altura y lugar) y configuración de los sensores.

COMPONENTES UTILIZADOS 1/5

ARDUINO UNO

“Es un dispositivo de hardware libre, que se basa principalmente en un microcontrolador que permite ser utilizado en diferentes disciplinas o proyectos de electrónica” (Arduino, 2015)

COMPONENTES UTILIZADOS 2/5

Conexión de sensor PIR con Arduino

SENSOR PIR (Passive Infra Red) HC-SR501

Concepto UnidadesOutput (salida) 5 V DC

Alimentación 3 V – 9 V DC (ideal 5 V)Distancia efectiva 5 mÁngulos 70º y 100º

COMPONENTES UTILIZADOS 3/5

Conexión RTC con Arduino

RTC (Real Time Clock) DS1307

Concepto UnidadesAlimentación 5 V DC - Arduino

Batería Litio 3.3 V DC - Respaldo

Memoria No Volátil SRAM

56 Bytes

Función Reloj-Calendario

COMPONENTES UTILIZADOS 4/5

Conexión con Arduino

MÓDULO BLUETOOTH HC-06

Concepto UnidadVelocidad de Comunicación 9600 Baudios

Alimentación 3,3 V DC - Arduino

Distancia máxima de recepción de datos

10 m

COMPONENTES UTILIZADOS 5/5

Conexión de relevador con Arduino

RELEVADOR RAS-0510

Concepto UnidadAlimentación 5 V DC - Arduino

Input (señal de entrada)

5 V DC - Arduino

Control de voltaje 110 y 220 AC

Capacidad de Amperes 10 A

Diagrama de conexión de los componentes. Simulación realizada en el programa Proteus

CIRCUITO DEL PROYECTO

Componente Cantidad Precio unitario Precio total

Arduino UNO 1 $220 $220Sensor Pir 4 $45 $180

Relés RAS-0510 6 $26 $156

Módulo Bluetooth HC-06 1 $130 $130

RTC DS 1307 1 $ 45 $45

Resistencia 10 Kilo Ohms 2 $10 paquete de 5 $20

Leds Ultrabrillante 12 $ 12 $144Protoboard 1 $100 $100Cables Dupont 1 $ 50 paquete $50

Total $1045

LISTA DE PRECIOS DE COMPONENTES

CÁLCULO DE LAS DISTANCIAS DE COBERTURA DEL SENSOR PIR (ÁNGULOS 70 Y 100º)

Se calcularon las áreas de cobertura de los dos ángulos (100 y 70º) con que cuenta el sensor PIR, según los datos recolectados en la ficha técnica del mismo. El siguiente plano fue elaborado en la aplicación Autocad, se determinaron las áreas de cobertura según lo calculado y se colocaron en los ángulos que nos resultaron convenientes para mayor cobertura del lugar.

ÁREAS DE COBERTURA DE LOS SENSORES

Nombre del sensor PIR Función

Restador (Sensor 1) Apagar las luminarias cuando detecte que ya no hay personas dentro del salón.

Contador (Sensor 2) Encender las luminarias dependiendo de las personas que entren al aula.

Detector de movimiento 1 (Sensor 3) Detectar movimiento en el interior del salón para mantener encendidas las luminarias.Detector de movimiento 2 (Sensor 4)

FUNCIONAMIENTO DE LOS SENSORES

Ubicación de los sensores: planos elaborados en el programa Sketchup

Vista Frontal Vista Lateral

Vista de Planta

APP INVENTOR: CREACIÓN DE LA APLICACIÓN 1/6 Para nuestro proyecto domótico, proponemos una interface para la comunicación con Arduino y brindar confort, para ello elaboramos una aplicación en el programa MIT App Inventor 2 que se encuentra en la página http://beta.appinventor.mit.edu, el cual consta de 2 partes: el designer y el blocks.

Fuente: http://beta.appinventor.mit.edu

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APP INVENTOR: CREACIÓN DE LA APLICACIÓN 3/6

El Blocks, es la parte más esencial al crear una aplicación, pues es donde se establece la lógica, lo que se desea que realice la aplicación. No es necesario saber un lenguaje de programación puesto que se trata de bloques que se conectan unos a otros lógicamente o lo que el usuario desee realizar. En esta parte se define lo que la aplicación debe realizar al presionar un botón en el designer, por dar un ejemplo.

Fuente: http://beta.appinventor.mit.edu

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La aplicación se llama LuMinux51 y consta de 2 Screens. La primera, en la que se encuentran las instrucciones de uso y el botón para salir y entrar a la aplicación; la segunda, muestra los botones para buscar los dispositivos Bluetooth a los que se puede conectar, los botones para encender las luminarias individualmente, presionando primero el botón manual, y encender todas a la vez de manera automática.

APLICACIÓN CREADA 5/6

DISPOSITIVOS

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y COMUNICACIÓN DE LA APLICACIÓN CON EL MÓDULO BLUETOOTH Y ARDUINO

Aa

A = HIGH = 5 V = CERRAR CONTACTOa = LOW = 0V =ABRIR CONTACTO

ENCENDERAPAGAR

FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO 1/4

Como la finalidad de este proyecto es el ahorro de energía, este sistema controlará las luminarias de una manera inteligente y confortable. A continuación explicaremos el funcionamiento de este sistema domótico: Cuando una persona ingresa al aula, primero será detectada por el restador, seguidamente el contador, que llevará

la suma de personas que entren, las primeras 4 luminarias de enfrente (1,2,3,4) se encenderán sí la persona es detectada por cualquiera de los sensores 3 y 4, de lo contrario las mismas no encenderán.

FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO 2/4

Cuando el numero de personas haya llegado a 14, las 2 luminarias restantes del fondo: 5 y 6, se encenderán. Lo anterior para cumplir con la cantidad de luxes que se requieren en el aula. De manera previa se mencionó que si una persona ingresaba al aula solo encendían 4 luminarias, esto porque con cuatro luminarias se cubren los metros cuadrados que ocupan 13 asientos y no es necesario ocupar las luminarias de hasta atrás.

FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO 3/4

Las luminarias no se apagarán puesto que existirá movimiento dentro del salón. Cuando las personas que hayan ingresado al aula, empiecen a salir, primero serán detectados por el contador, seguidamente por el restador, que llevará el control del número de personas para decidir si es necesario mantener encendidas las luminarias o mandarlas a apagar si el aula ha sido desocupada.

FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO 4/4

Si una persona desea hacer una presentación con el cañón y desea apagar las luces, lo podrá hacer a través de un dispositivo Android que cuente con la aplicación LUMINUX 51. Con esta interface se pueden encender y apagar las luminarias de manera individual, según le resulte conveniente y necesario. Garantizamos que las luminarias permanecerán apagadas cuando esté desocupada el aula y en el horario de 2:00 a 5:30 cuando el turno de la mañana haya acabado y hasta que inicie el turno vespertino, esto lo definimos en la programación y con el RTC DS1307 controlamos el tiempo.

CONSUMO DIARIO

Las luminarias se mantienen encendidas durante 15 horas, tomando en cuenta el turno matutino, vespertino y el tiempo entre ambos turnos. Generando un consumo diario de 6.3 kw/h.

Uso diario  Concepto Horario Horas Kw/h

Turno matutino 7:00 AM - 2:00 PM 7 2.9Sin alumnos en aula 2:00 PM - 6:00 PM 4 1.7Turno vespertino 6:00 PM - 10:00

PM 4 1.7Total 15 6.3

AHORRO CON IMPLEMENTACIÓN DE PROYECTOTurno matutino (7 horas)

Concepto Hora Watts ahorradosInicio de clase 0.17 24Clase libre 0.83 350.6Receso 0.83 350.6Total 1.83 725.2Porcentaje de ahorro 26.20% 24.50%

Turno vespertino (4 horas)

Concepto Hora Watts ahorrados

Inicio de clase 0.17 24

Clase libre 0 0

Recesos 0.5 211.2

Total 0.67 235.2

Porcentaje de ahorro 16.80% 14%

Sin alumnos en aula

Horas 4

W/h ahorrados 1689.6

Porcentaje de ahorro 100%

Desglosado el tiempo en que no es necesario que las luminarias estén encendidas, se puede calcular el ahorro que se tendría en el aula instalando el proyecto.En las tablas se muestra el porcentaje de ahorro, tanto en tiempo en que se utilizan las luminarias, como en los watts no consumidos.Los watts ahorrados de las tres tablas, suman 2650 w/h y representa el 41.8% del total de consumo diario.

CALCULO DE DEMANDA FACTURABLE  Watts KwhPunta 422.4 0.8448Intermedia 422.4 5.4912Suma 844.8 6.336

Formula tomada de CFE:DF= DP + FRI * max (DI - DP,0) + FRB * max (DB - DPI,0)

DP (Demanda máxima en el periodo de punta) = 0.4224 Kw DI - DP= 0

DI (Demanda máxima medida en el periodo intermedio) = 0.4224 Kw DB - DPI= -422DB (Demanda máxima en los periodos de base) = 0 KwDPI (Demanda máxima en los periodos de punta e intermedio) = 0.4224 KwFRI y FRB son factores de reducción que tendrán los siguientes valores:

FRI= 0.3FRB= 0.15

DF= 0.4224 + 0.3 * MAX ( 0 ) + 0.15 * MAX ( -422.4 ó 0)DF= 0.4224 + (0.3 * 0) + (0.15 * 0)DF= 0.4224DF= 0.4224 = 1 Kw demanda facturable a cobrar.

Región Cargo por Kilowatt de demanda facturable

Cargo por Kilowatt - hora de energía de punta

Cargo por Kilowatt - hora de energía

intermedia

Horario de tarifas

Intermedio Punta

Peninsular $192.46 $1.82 $0.86 6:00 - 20:00 y 22:00 - 24:00 20:00 - 22:00

Precio de DF= (1 Kw) * $192.46 / Kw = $ 192.46

Precio de Energía= (Kwh intermedia) (Precio de intermedia) + (Kwh Punta) (precio Punta) = Precio de energía consumida Precio de Energía= (5.5 Kwh) (0.8639) + (0.844 Kwh) (1.8239)= $ 6.29

(Precio de la demanda facturable) + (Precio de energía consumida)= Energía totalEnergía total= (192.46) + (6.29)= $198.75Ahorro en pesos = $198.75 = 100% ? = 41.8% = $83

CONCLUSIÓN

Con el proyecto que proponemos podemos, entre otras cosas, lograr un aula mas confortable y al mismo tiempo ahorrar energía a través del control de las luminarias con un sistema domótico. La investigación y desarrollo nos ha dejado mayores conocimientos de la automatización.

¡Gracias por su atención!