11 de febrero del 2016.

PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN INSTITUCIÓN: Instituto Tecnológico de Querétaro. TÍTULO DEL PROYECTO: Red WAN inalámbrica de baja potencia, para la gestión de la energía eléctrica en instalaciones de baja tensión. Aplicación de internet de las cosas al Smart Grid. 1.1 RESUMEN. En este proyecto se aborda la gestión de la energía eléctrica, en los conceptos de administración del consumo y seguridad de utilización, en base al manejo y aplicación de una red inalámbrica de estándar abierto de baja potencia y gran alcance, con enfoque a Internet de las cosas y al Smart Grid. Para la operación de la red en el monitoreo, protección y control de equipos y sistemas eléctricos en instalaciones eléctricas de baja tensión, se requiere el desarrollo de nodos de campo inteligentes de sensores y actuadores, que se comuniquen en forma segura y confiable a la infraestructura de red. Los objetivos son reducir los costos y aumentar la seguridad en el uso de la energía eléctrica, utilizando un sistema que compita en condiciones más favorables, con los sistemas actuales de conectividad celular máquina a máquina. 1.2 INTRODUCCIÓN. La necesidad de que las instalaciones eléctricas de baja tensión ofrezcan condiciones adecuadas de seguridad para las personas y sus propiedades [1], así como la reducción de costos en la utilización de la energía requieren una gestión eficiente que utilice los recursos electrónicos e informáticos modernos. Una iniciativa que toma en cuenta estos conceptos es la Smart Grid o Red Eléctrica Inteligente (REI). De acuerdo a la nueva Ley de la Industria Eléctrica [2], Smart Grid se define como la “Red Eléctrica que integra tecnologías avanzadas de medición, monitoreo, comunicación y operación, entre otros, a fin de mejorar la eficiencia, confiabilidad, calidad y seguridad del Sistema Eléctrico Nacional”. En la sección II del artículo 14 de esta ley, se indica que el programa de desarrollo del Sistema Eléctrico Nacional “incluirá los elementos de la Red Eléctrica Inteligente que reduzcan el costo total de provisión del suministro eléctrico o eleven la eficiencia, confiabilidad, calidad y seguridad del Sistema Eléctrico Nacional, de forma económicamente viable”.

Desde el punto de vista técnico, el concepto Smart Grid o REI consiste en la incorporación de “inteligencia” a la operación de las redes eléctricas, a través del uso de nuevas tecnologías; asimismo, permite la implantación de los mecanismos de control de demanda y medición automática, funciones necesarias para la generación de los diferentes tipos de productos requeridos en los mercados eléctricos mayoristas y minoristas [3]. Uno de los motivadores para incorporar valor a las redes eléctricas es la integración de tecnologías más accesibles, en aplicaciones como gestión de demanda, administración de activos, energías renovables y eficiencia del sistema [4]. Es por ello que algunos de los requisitos que las tecnologías de la información y comunicación involucradas con la Smart Grid deben cumplir son: * Arquitecturas abiertas, para conectar dispositivos domésticos. * Soluciones que den a los clientes la capacidad de participar en el mercado de

energía. * Comunicaciones, redes en el hogar, en el vecindario y de área amplia para

comunicación bidireccional. * Interoperabilidad y seguridad. * Procesamiento de grandes volúmenes de datos. De las nuevas tecnologías que pueden cumplir los requisitos anteriores están las redes de área amplia de baja potencia LP-WAN (del inglés Low Power Wide Area Network). Estas son redes de bajo costo y consumo de energía, con alta escalabilidad y conectividad, que ya están siendo utilizadas en aplicaciones industriales, de Internet de las Cosas (IoT), comunicación máquina a máquina (M2M), ciudades inteligentes (Smart City), etc., en ambientes donde se necesita cumplir con requerimientos de alcance de decenas de kilómetros y alimentación independiente en los nodos (baterías, Energy Harvesting, etc), utilizando una infraestructura simple y robusta [5]. Tan amplio es el segmento tecnológico para las LP-WAN, que en el mercado existen más de diez versiones de red, algunas ya en operación y otras en arranque o desarrollo. Además de los anteriores, otros atributos en que compiten los productos de este sector son movilidad de los nodos o Roaming, penetración de la señal en edificios, manejo eficiente de mensajes, capacidad de comunicación bidireccional, seguridad de los datos y servicios de alto nivel [6]. Si a una LP-WAN se le conectan nodos de medición de consumo de energía eléctrica, medidores de tensión, corriente, potencia y factor de potencia, medidores de distorsión armónica, detectores de efectos térmicos, detectores y registradores de eventos y fallas, medidores de caída de tensión en conductores, controladores de equipos y aparatos eléctricos, controladores de protecciones, interfaces hombre-máquina, etc., que interactúen en el ambiente de red para la administración del consumo y seguridad de utilización de la energía, se tendría un sistema de gestión que se puede aplicar en las instalaciones eléctricas de consumidores domésticos, comerciales e industriales.

1.3 ANTECEDENTES. Esta propuesta tiene como antecedentes el proyecto no financiado registrado en la DGEST con título “Aparato de monitorización del consumo de energía y de seguridad de utilización de la instalación eléctrica de una vivienda”, que nuestra línea de trabajo concluyó a finales del 2013, y el proyecto financiado registrado en la DGEST/TecNM, titulado “Supervisor del consumo y seguridad en el uso de la energía eléctrica en viviendas”, que finalizamos en diciembre del 2015. El objetivo general del primer proyecto fue “Diseñar y construir un aparato medidor e indicador de los niveles de consumo de energía eléctrica y de seguridad de utilización de la instalación eléctrica de una vivienda, por medio de la aplicación de la tecnología electrónica y de la teoría de la lógica difusa, para que los residentes dispongan de información que les permita llevar a cabo planes y acciones de ahorro de energía y minimización de riesgos en el uso de su instalación eléctrica”. Los resultados obtenidos consistieron en una solicitud de patente registrada ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial (IMPI), el desarrollo de un prototipo tecnológico y la participación en una exposición local y otra nacional. El segundo proyecto tuvo como objetivo general el “Diseñar y construir un aparato supervisor del consumo y de la seguridad en el uso de la energía eléctrica en viviendas, enfatizando el uso de nuevas tecnologías y la aplicación de las normas de seguridad vigentes”. Se tuvieron como resultados una tesis de maestría, una solicitud de modelo de utilidad registrada ante el IMPI, una obra registrada ante el INDAUTOR y la participación en un congreso nacional. Este nuevo proyecto sigue la temática de medición e indicación del consumo de energía y la seguridad de utilización de instalaciones eléctricas, ya que esta área es de gran interés para nuestra línea de trabajo de Sistemas Electrónicos Embebidos (desde diciembre del 2015 reconocida como Cuerpo Académico en Formación). Ahora se pretende pasar a otro nivel tecnológico; en vez de atender problemáticas concentradas en viviendas, se abarcaran sistemas de baja tensión, de una forma global y sistemática, en alineación al Sistema Eléctrico Nacional, de acuerdo a la Ley de la Industria Eléctrica [2], con el enfoque de las REI o Smart Grid. 1.4 MARCO TEÓRICO. SISTEMA DE GESTIÓN DE ENERGÍA. Un Sistema de gestión de energía (SGEn) puede definirse como una metodología para lograr la mejora sostenida y continua del desempeño energético en las organizaciones, en una forma costo efectiva. La implementación de un SGEn no debe entenderse como un objetivo por sí mismo, es decir, lo realmente importante son los resultados de todo el sistema. Entendida de este modo, la efectividad de un SGEn dependerá, en gran medida, del compromiso y disponibilidad de todos

los actores involucrados en la organización para gestionar el uso y el costo de la energía, además de realizar los cambios que sean necesarios en el día a día para facilitar estas mejoras y la reducción en los costos [7]. El propósito de un SGEn es establecer los métodos y procesos necesarios para mejorar el rendimiento energético, incluyendo la eficiencia, uso y consumo. La aplicación del sistema tiene la finalidad de conducir a reducciones en las emisiones de gases de efecto invernadero, el costo de la energía, y otros impactos ambientales relacionados. De esta manera, la aplicación de un SGEn es factible a todos los tipos y tamaños de empresas, independientemente de las condiciones geográficas, culturales o sociales. No obstante, la implementación exitosa depende del compromiso de todos los niveles y funciones de la empresa, y en especial, de la alta dirección. En México existe un organismo desconcentrado de la Secretaria de Energía, la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (Conuee), que tiene como una de sus funciones promover y concertar la instrumentación voluntaria de los SGEn bajo procedimientos, protocolos o normas reconocidas internacionalmente. Su objetivo es promover la eficiencia energética y fungir como órgano técnico en materia de aprovechamiento sustentable de la energía [8]. GESTIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA. Un sistema de gestión de la energía eléctrica (SGEnE) es aquel que ofrece soluciones innovadoras para un uso optimizado de la energía, con el objetivo de reducir notablemente los costos energéticos. Su aplicación procura la máxima transparencia en el consumo y calidad de la energía, además de incrementar la seguridad para una distribución de la energía eléctrica con alta disponibilidad. La captación precisa de datos de los aparatos de maniobra, protección y medición, constituye la base ideal para las medidas de optimización [9]. Con un SGEnE, se puede optimizar en forma sencilla el presupuesto en materia energética y en tres fases reducir drásticamente los costos de la utilización, logrando resultados importantes en cada paso. En primer lugar, se obtiene la base para mejorar la eficiencia energética: un registro constante de los datos permite alcanzar la máxima transparencia en el consumo, lo que permite reconocer y aprovechar mejor los potenciales de ahorro de energía existentes. En la segunda fase, se presentan los datos de los consumos asignados a los consumidores. Esto les muestra dónde se consume qué cantidad de energía. En el último paso, se puede planificar y controlar perfectamente la carga energética para evitar los costosos picos en el consumo y aprovechar al máximo los recursos utilizados. INTERNET DE LAS COSAS. Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés) es un concepto que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con Internet. Alternativamente, IoT es el punto en el tiempo en el que se conectaran a Internet más “cosas u objetos”,

que personas. También suele referirse como el Internet de todas las cosas o Internet en las cosas. Internet de las cosas es una parte integral del futuro de internet y puede ser definido como la “infraestructura global dinámica, con capacidades auto configurables basadas en estándares y protocolos de comunicación interoperables, donde objetos físicos y virtuales tienen identidad, atributos físicos, y personalidad virtual, utilizando interfaces inteligentes, perfectamente integradas en una red de información” [10]. En el IoT, los “objetos” son los que tienen de alguna manera interacción en los procesos de negocios, informáticos y/o eventos sociales, por mencionar algunos. Estos tienen la posibilidad de interactuar y comunicarse con el ambiente a través del paso de información. La información que se obtiene es censada del ambiente mientras el sistema actúa de forma autónoma entre el medio real, realizando ciertos eventos con o sin la intervención de alguna forma humana. Una parte vital para que los procesos interactúen en el Internet son las interfaces. Estas facilitan la interacción de los objetos inteligentes con la red. El IoT traerá consigo beneficios tangibles: las personas y los objetos podrán estar conectados a cualquier hora, en cualquier lugar, con cada elemento, cada persona, usando cualquier red o ruta (fig. 4.1).

Internet

De las

Cosas

Cualquier servicio

Cualquier Negocio

Donde sea

En todos lados

Cualquier cosa

No importa objeto

Cualquiera

No importa quien

No importa ruta

No importa la Red

Cualquier

Hora

Cualquier

Contexto

Convergencia Computo

Contenido

Colección de datosComunicacion

conectividad

Figura 4.1 Contexto de Internet de las cosas.

RED ELÉCTRICA INTELIGENTE. Una red eléctrica inteligente (REI) o Smart Grid, es aquella que puede integrar de forma eficiente el comportamiento y las acciones de todos los usuarios conectados a ella, de tal forma que se asegure un sistema energético sostenible y eficiente, con bajas pérdidas y altos niveles de calidad y seguridad de suministro [11] (fig. 4.2).

Fig. 4.2 Funciones de la Smart Grid.

La REI se refiere a la clase de tecnología que las personas están utilizando para desarrollar los sistemas eléctricos del siglo XXI. Estos sistemas son posibles gracias a las tecnologías de comunicación electrónica y procesamiento de información por computadora, ofreciendo beneficios a todos los participantes, al mejorar notablemente la eficiencia energética en todas las etapas, desde la generación, hasta el consumo. Smart Grid significa computarizar la red eléctrica, incluyendo cables, subestaciones, transformadores, interruptores y mucho más. Esto incluye agregar comunicación digital bidireccional entre el dispositivo asociado a la red y la sede de operaciones del proveedor del servicio, para la recolección de datos, detección de fallas, control de maniobras, etc. Otro factor clave de la Smart Grid es la tecnología de automatización, que permite que el proveedor ajuste y controle cada dispositivo individual entre millones de ellos, desde la ubicación central [12]. Las características básicas de las REI son: Flexible Flexible y adaptable a las necesidades cambiantes del sistema. Bidireccional. Intensiva y segura en la utilización de las infraestructuras. Inteligente y segura

Capaz de operarse y protegerse con seguridad y simplicidad. Disponibilidad de la información necesaria en tiempo real. Eficiente Permite satisfacer las necesidades energéticas minimizando las necesidades de nuevas infraestructuras. Abierta Permite integrar de forma segura las energías renovables. Facilita el desarrollo de los mercados eléctricos. Permite crear nuevas oportunidades de negocio. Sostenible Respetuosa con el medio ambiente. Socialmente aceptada. REDES DE ÁREA AMPLIA DE BAJA POTENCIA. Las redes de área amplia de baja potencia (LP-WAN), son una tecnología diseñada para ambientes M2M, especializada en la interconexión inalámbrica por radio frecuencia de dispositivos de ancho de banda reducido, con un enfoque hacia alto rango y eficiencia energética [13]. Con requerimientos de bajo consumo de energía, gran alcance y menor costo que otras redes (fig. 4.3), las LP-WAN están pensadas para habilitar esa gama de aplicaciones industriales, comerciales y civiles, que estaban limitadas por problemas de presupuesto y energía.

Fig. 4.3 Comparación técnica de las LP-WAN con otras redes comerciales.

Algunos ejemplos de redes comerciales, protocolos y estándares con esta tecnología, son:

* Greenwaves, una oferta de bajo consumo de energía y amplio rango. * Haystack, una plataforma de desarrollo de bajo consumo DASH7. * LoRaWAN, la alianza LoRa de WAN de amplio rango. * LTE-MTC, un desarrollo de comunicaciones LTE para conectar cosas. * RPMA, acceso múltiple, de fase aleatora inalambrica en rampa. * Symphony Link de Link Lab. * ThingPark Wireless, desarrollo de LoRaWAN de la empresa Actility. * UNB (Ultra Narrow Band) de varias compañias: Telensa, NWave and Sigfox. * Weightless, de Weightless SIG. * WAVIoT, protocolo de banda estrecha de M2M. Los pronósticos indican que las LP-WAN cubrirán una cuarta parte del mercado de IoT, con 345 millones de conexiones en el 2020, compitiendo en forma colaborativa con el monopolio actual de los dueños de las redes celulares [14]. TECNOLOGÍA LoRaWAN. Dentro de las redes LP-WAN para aplicaciones de IoT, destaca una especificación de red inalámbrica para interconectar dispositivos operados por batería, con alcances regional, nacional y global, la LoRaWAN (Long Range WAN), satisfaciendo requerimientos clave de IoT como comunicación bidireccional segura, movilidad y servicios de localización [15]. El estándar LoRaWAN proporciona interoperabilidad entre dispositivos inteligentes sin la necesidad de instalaciones complejas, ofreciendo al usuario y desarrolladores la oportunidad de hacer negocios alrededor del IoT. La arquitectura de red de LoRaWAN consiste de una topología estrella, que usa gateways como puentes transparentes entre los nodos de campo y el servidor de red. Los nodos de campo utilizan comunicación inalámbrica single-hop a uno o varios gateway; los gateway son conectados al servidor de red vía conexiones IP estándar (fig. 4.4).

Fig. 4.4 Infraestructura de LoRaWAN.

La comunicación a los nodos de campo es generalmente bidireccional, pero también soporta operación multicast. La comunicación entre nodos de campo y gateways se distribuye entre diferentes frecuencias y tasa de datos. La selección de la tasa de datos, en un rango de 0.3 kbps a 50 kbps, se equilibra entre el alcance de la comunicación y la duración del mensaje. De acuerdo a su tecnología de espectro disperso, las comunicaciones con diferente tasa de datos no interfieren entre sí, creando un conjunto de canales virtuales que incrementan la capacidad del gateway. Para maximizar la vida de la batería de los nodos de campo y la capacidad de la red, el servidor de red administra la tasa de datos y la salida de RF de cada nodo de campo, por medio de un esquema adaptativo. La especificación LoRaWAN satisface la necesidad de comunicación segura, utilizando diversas capas de encriptado: llave de red única (EUI64) y comunicación segura al nivel de red; llave de aplicación única (EUI64), para la seguridad extremo a extremo, al nivel de aplicación; y llave de dispositivo específico (EUI128). También se incluyen tres clases de dispositivos de nodos de campo, para direccionar las diferentes necesidades contenidas en el amplio rango de aplicaciones: clase A: nodos bidireccionales, para sensores alimentados con batería; clase B: nodos bidireccionales con ranuras de recepción programadas, para actuadores alimentados por batería; clase C: nodos bidireccionales con ranuras de recepción máximas, para actuadores alimentados por la energía principal). 1.5 OBJETIVOS. 1.5.1 General. Desarrollar un sistema de gestión energética enfocado a redes eléctricas inteligentes, en base a una red WAN inalámbrica de baja potencia de estándar abierto, para optimizar el uso de la energía, administrar el consumo y aumentar la seguridad de utilización de las instalaciones de baja tensión. 1.5.2 Específicos. a) Desarrollar tecnología de medición de variables eléctricas, detección de fallas y

control de eventos, aplicada a la optimización del consumo y a la seguridad de utilización de la energía eléctrica.

b) Diseñar y construir los nodos de campo de una red WAN inalámbrica de baja

potencia y estándar abierto, que permitan la aplicación de esta tecnología en programas de gestión de energía eléctrica en viviendas, negocios e industrias.

c) Capacitar recursos humanos en las tecnologías de Smart Grid e Internet de las

Cosas, a partir del desarrollo de un sistema de gestión de energía para instalaciones eléctricas de baja tensión.

d) Contribuir en el desarrollo de una red pública de Internet de las Cosas en la ciudad de Querétaro, apoyando la iniciativa mundial The Things Network, de construir una red de datos para cosas con tecnología LoRaWAN, completamente abierta y gratuita, que fomente la innovación.

1.6 METAS. a) Diseñar y construir 3 modelos de nodos de campo para una red LP-WAN,

alimentados por batería con duración de hasta 10 años, para operaciones de medición, protección y maniobra en instalaciones eléctricas de baja tensión.

b) Gestionar el consumo de energía eléctrica en viviendas, negocios e industrias,

utilizando un sistema alrededor de una red LP-WAN, para reducir la facturación hasta en un 15%.

c) Desarrollar un sistema de monitoreo en tiempo real, para la prevención y

predicción de fallas en instalaciones eléctricas, en base a una red LP-WAN, para reducir hasta en un 90% las condiciones de riesgo en el uso de la energía.

1.7 IMPACTO O BENEFICIO EN LA SOLUCIÓN A UN PROBLEMA

RELACIONADO CON EL SECTOR PRODUCTIVO O LA GENERACIÓN DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO O TECNOLÓGICO.

Uno de los principales beneficio de la realización de este proyecto será el fomento y mejora de la eficiencia energética entre los consumidores, con su correspondiente ahorro económico, logrando de esta manera disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. La energía eléctrica, con sus precios en constante aumento y una mayor sensibilidad frente a cuestiones medioambientales, es un recurso cada vez más valioso. Esto representa un desafío considerable para los sectores en donde incide de manera decisiva el manejo de la energía, la máxima disponibilidad y una reducción permanente de los costos. Pero, ¿dónde hay que actuar? ¿qué medidas son necesarias para aprovechar mejor el mayor potencial? y una vez implementada la medida correspondiente, ¿cómo se reconoce y documenta su eficacia? Estas preguntas tienen una respuesta: un sistema de gestión de la energía eléctrica, alrededor de una red inalámbrica de baja potencia y gran alcance [16]. Aun cuando las redes WAN inalámbricas de baja potencia se han convertido en uno de los desarrollo de IoT de mayor crecimiento comercial, gracias a su gran potencial, y que el termino LP-WAN solo existe desde el 2013, es totalmente factible desarrollar una red de este tipo en un ambiente académico. Tomando como ejemplo de factibilidad la red WAN para Internet de las cosas de la alianza LoRa [17], los elementos básicos que constituyen sus redes privadas y

públicas son los nodos de campo, los gateway y los servidores de red. El diseño y fabricación de nodos de campo inició con circuitos integrados de la empresa Semtech, pero actualmente los miembros de la alianza LoRa Microchip y ST Microelectronics, se han sumado al desarrollo de más circuitos compatibles con su estándar abierto. En cuanto al gateway, los integrantes de la alianza MultiTech y Kerlink entre otros, ofrecen estos equipos a un alto costo de 450 a 1500 euros, pero la asociación sin fines de lucro “The Thinks Network”, lanzó una campaña en la fondeadora Kickstarter, para fabricar un gateway LoRa de fácil uso e instalación y ofrecerlo al público en 200 euros, campaña que ya logró sus objetivos, por lo que pronto se pondrá a la venta [18]. Con respecto al servidor de red, varias empresas como Loriot [19], proporcionan software e infraestructura de amplio rango para IoT, conectando los dispositivos y gateways LoRa en la nube [19], ofreciendo una cuenta gratuita en su red LoRa comunitaria, para prueba de concepto, para un gateway y hasta 10 nodos de campo. Este proyecto es congruente con nuestra línea de trabajo “Sistemas Electrónicos Embebidos”, reconocida por la SEP como Cuerpo Académico en Formación el 7 de diciembre del 2015, ya que una de sus actividades es la innovación en Sistemas Embebidos con aplicaciones al Smart Grid, utilizando tecnologías como Internet de las Cosas (IoT). Además de apoyar la integración de nuestros egresados al mercado laboral y contribuir a reducir el cambio climático, se estaría en el estado del arte de los desempeños emergentes en el campo profesional. El impacto de la realización de este proyecto en el programa de licenciatura en Ingeniería Electrónica del Instituto Tecnológico de Querétaro, además de apoyar la permanencia de nuestro Cuerpo Académico en Formación, será la transferencia de conocimientos y experiencias de los profesores participantes a los estudiantes del programa, en forma directa en los cursos que les imparten semestralmente e indirectamente, por medio de seminarios, conferencias, asesorías, revisión de trabajos de titulación, dirección de tesis, etc. Otro impacto se tendrá en la participación de estudiantes en el proyecto, ya que en su realización, los alumnos practicarán y depurarán sus capacidades y habilidades de solución de problemas utilizando su ingenio y creatividad, junto con los conocimientos y metodologías adquiridas en la carrera. 1.8 METODOLOGÍA. Se planea utilizar el conjunto de técnicas y métodos que sistematizan la búsqueda de conocimiento, la inventiva y la innovación y que se encuadran en la metodología TRIZ (Teoría de Resolución de Problemas de Inventiva) [20]. Con un soporte de 60 años de investigación liderados por el profesor Genrich Saulovich Altshuller y aplicada por empresas de clase mundial, TRIZ es una metodología que si bien no soluciona problemas específicos, si aporta conceptos de solución, los que a la vista de las personas interesadas, constituyen directrices muy importantes para la búsqueda de soluciones particulares.

Para la solución de problemas estándar de ingeniería, TRIZ comprende los 40 principios de inventiva, las contradicciones técnicas y físicas, el modelado sustancia-campo, los estándares de inventiva, el análisis de recursos, etc. Para problemas de ingeniería no-estándar, se tienen las técnicas de análisis funcional, los efectos científicos, el concepto de idealidad, el trimming, etc. En problemas de investigación y desarrollo, TRIZ ofrece las técnicas de evolución de sistemas, la inercia mental, el ARIZ, etc. Con la línea de trabajo/cuerpo académico en formación de Sistemas Electrónicos Embebidos como eje temático y la aplicación de la metodología TRIZ como algoritmo de invención, se puede cerrar un círculo de fortalecimiento del programa de ingeniería Electrónica, que lo impulse a consolidar la formación de ingenieros, con el apoyo de actividades de investigación, desarrollo tecnológico e innovación, que se edifiquen con la realización de este tipo de proyectos. 1.9 PROGRAMA DE ACTIVIDADES, CALENDARIZACIÓN Y PRESUPUESTO

SOLICITADO.

No. Nombre del

Responsable de

la actividad

Actividad Periodo de

realización

Indicar

mes(es)

Resultados

entregables de

la actividad

Partidas

solicitadas

Monto

Solicitado

Descripción de

los bienes

1. Armando Mora

Campos

Estudio de las redes LP-

WAN existentes en el

mercado

Mayo 2016 –

Junio 2016

Informe técnico de

las redes LP-WAN

en el mercado

- - -

2. Jöns Sánchez

Aguilar

Estudio sistemas de

gestión de la energía

eléctrica

Junio 2016 –

Julio 2016

Informe técnico de

sistemas de

gestión de la

energía eléctrica

- - -

3. Armando Mora

Campos

Estudio de métodos

hardware de medición de

variables eléctricas,

detección de fallas y

control de eventos

Junio 2016 –

Agosto 2016

Informe técnico de

métodos hardware

de medición,

detección y control

- - -

4. Armando Mora

Campos, José Luis

Sánchez Páez

Análisis y documentación

de la red LP-WAN

seleccionada

Julio 2016 –

Agosto 2016

Documentación de

la red LP-WAN

seleccionada

- - -

5. Armando Mora

Campos

Diseño hardware/software

de primer prototipo de

nodo de campo de red

LP-WAN para operaciones

de medición

Septiembre

2016 – Octubre

2016

Diagrama

esquemático y

programas de

software

- - -

6. Armando Mora

Campos

Diseño hardware/software

de primer prototipo de

nodo de campo de red

LP-WAN para operaciones

de protección

Octubre 2016 –

Noviembre

2016

Diagrama

esquemático y

programas de

software

- - -

7. Hernando Chagolla

Gaona

Diseño hardware/software

de primer prototipo de

nodo de campo de red

LP-WAN para operaciones

Noviembre

2016 –

Diciembre 2016

Diagrama

esquemático y

programas de

software

- - -

de maniobra

8. Armando Mora

Campos

Selección y adquisición

de componentes,

materiales electrónicos y

herramientas de

desarrollo

Diciembre 2016

– Enero 2017

Paquete de

materiales

eléctricos y

electrónicos, listos

para su uso en el

ensamble de los

primeros

prototipos de

nodos de campo;

herramientas de

desarrollo para

prueba y

configuración del

sistema.

$20,000

(29101-

herramientas

menores)

$20,000

(24601-Material

eléctrico y

electrónico)

$20,000

(24601-Material

eléctrico y

electrónico)

$60,000.00

M.N.

Herramientas de

desarrollo de

redes LP-WAN.

Semiconductores

integrados y

discretos.

Componentes

pasivos,

pantallas LCD,

conectores,

gabinetes,

antenas,

teclados.

9. Armando Mora

Campos

Fabricación de circuitos

impresos y montaje de

tarjetas electrónicas de la

primera versión de

prototipos de nodos de

campo.

Enero 2017 –

Febrero 2017

Primera versión

hardware de los

prototipos de los

nodos de campo.

$20,000

(33901-

Subcontratación

de servicios con

terceros)

$10,000

(33901-

Subcontratación

de servicios con

terceros)

$30,000.00

M.N.

Fabricación de

circuitos

impresos de 2 a

4 capas.

Ensamble de

tarjetas con

componentes de

montaje

superficial de la

primera versión

de prototipos de

nodos de campo.

10. Armando Mora

Campos, Hernando

Chagolla Gaona

Selección, adquisición,

configuración, instalación

y prueba de los gateways

Febrero 2017 –

Marzo 2017

Gateways de

diferentes

fabricantes, para

prueba de

interoperabilidad

de la red.

$20,000

(29401-

Refacciones y

accesorios para

equipo de

cómputo)

$20,000

(29401-

Refacciones y

accesorios para

equipo de

cómputo)

$40,000.00

M.N.

Gateways de red

LP-WAN

comercial.

Gateways de red

LoRaWAN de

The Things

Network.

11. Armando Mora

Campos

Selección, suscripción y

configuración del servicio

en nube del servidor de

red

Marzo 2017 –

Abril 2017

Disponibilidad de

conexión de los

gateways en la

nube

- - -

12. Armando Mora

Campos, Jöns

Sánchez Aguilar

Desarrollo de la aplicación

de gestión de energía

eléctrica en la red LP-

WAN

Noviembre

2016 – Abril

2017

Aplicación de

software de

gestión de energía

$20,000

(33301-Servicios

de desarrollo de

aplicaciones

informáticas)

$20,000

M.N.

Servicio de

soporte para el

desarrollo de

aplicación de

gestión de

energía en la

nube.

13. Armando Mora

Campos, Hernando

Chagolla Gaona

Pruebas de laboratorio y

depuración de la red y

aplicación, con la primera

versión de los prototipos

de nodos de campo

Mayo 2017 Red y aplicación

con la primera

versión de los

prototipos de

nodos de campo

- - -

1.10 PRODUCTOS ENTREGABLES. Los productos de investigación que se planean obtener con este proyecto son:

funcionando en

laboratorio

14. Armando Mora

Campos, José Luis

Sánchez Páez

Pruebas de campo de la

red y aplicación con la

primera versión de los

prototipos de nodos de

campo

Junio 2017 Red y aplicación

con la primera

versión de

prototipos de

nodos funcionando

en campo

- - -

15. Armando Mora

Campos

Selección y adquisición

de componentes,

materiales electrónicos y

tarjetas de evaluación,

para el desarrollo de la

segunda versión de los

prototipos de nodos de

campo

Julio 2017 Componentes,

materiales

electrónicos y

tarjetas de

evaluación, para la

segunda versión

de los prototipos

de nodos de

campo

$10,000.00

(24601-Material

eléctrico y

electrónico)

$10,000.00

(24601-Material

eléctrico y

electrónico)

$10,000

(29101 -

Herramientas

menores)

$30,000.00

M.N.

Componentes

pasivos,

conectores,

antenas.

Semiconductores

integrados y

discretos.

Tarjetas de

desarrollo y

evaluación.

16. Armando Mora

Campos

Fabricación de circuitos

impresos y montaje de

tarjetas electrónicas, de la

segunda versión de los

prototipos de nodos de

campo

Julio 2017 –

Agosto 2017

Segunda versión

hardware de los

prototipos de

nodos de campo

$15,000

(33901-

Subcontratación

de servicios con

terceros)

$10,000

(33901-

Subcontratación

de servicios con

terceros)

$25,000.00

M.N.

Fabricación de

circuitos

impresos de 2 a

4 capas.

Montaje

superficial de

componentes

electrónicos.

17. Jöns Sánchez

Aguilar

Pruebas de laboratorio y

campo de la red y

aplicación, con la segunda

versión de los prototipos

de nodos de campo

Agosto 2017 –

Septiembre

2017

Red LP-WAN y

aplicación de

gestión de energía

eléctrica, con la

segunda versión

de prototipos de

nodos de campo

funcionando en

laboratorio y su

validación en

campo.

- - -

18. Armando Mora

Campos, Hernando

Chagolla Gaona,

José Luis Sánchez

Páez, Jöns

Sánchez Aguilar

Documentación del

proyecto, generación de

productos de

investigación y redacción

de informe final.

Mayo 2017 –

Octubre 2017

Productos de

investigación

generados e

informe final del

proyecto.

- - -

* Documentación de un prototipo enviado para su registro en el TecNM. * Una tesis de un estudiante (profesor) de maestría (concluida). * Un artículo de divulgación enviado en una revista institucional. * Un artículo en memorias en congreso enviados. * El informe de residencia profesional de un estudiante de licenciatura. * El informe de servicio social de un estudiante de licenciatura. * El registro de una solicitud de propiedad intelectual ante el IMPI o el INDAUTOR. Los principales beneficios a obtener con la realización de este proyecto y la generación de los productos de investigación son * Consolidación del grupo de investigación del programa de Ingeniería

Electrónica del ITQ. * Formación de recursos humanos en actividades de investigación. * Fomento de la superación de los miembros del CA que no cuentan con

posgrado. * Realización de trabajo colaborativo con miembros de otros Cuerpos

Académicos. * Promoción del proceso de innovación y de protección de la propiedad

intelectual entre la comunidad tecnológica del ITQ. 1.11 VINCULACIÓN CON EL SECTOR PRODUCTIVO. Actualmente no se tiene una vinculación directa o algún tipo de cooperación con el sector productivo, pero se buscará convenir un acuerdo con alguna empresa nacional para la explotación comercial del sistema resultante. Esta posible vinculación, estará en función del otorgamiento del registro de propiedad intelectual que se pretende solicitar durante el proceso de realización del proyecto y de los resultados del mismo. Los usuarios potenciales de los resultados de la investigación son los usuarios y consumidores de energía eléctrica en baja tensión en viviendas, negocios e industrias. Con este proyecto también se pretende lograr la vinculación con la organización global The Thing Network [18]. Este grupo está liderando la iniciativa de desarrollar una red mundial de Internet de las Cosas, completamente gratuita y abierta que fomente la innovación, al proporcionar servicios públicos de conectividad de datos para cosas. REFERENCIAS [1] Secretaria de Energía, “Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012,

Instalaciones Eléctricas (utilización)”, Diario Oficial de la Federación, México, 29 de nov. 2012.

[2] Secretaria de energía, “Decreto de la Ley de la Industria Eléctrica”, Diario Oficial de la Federación, México, 11 de agosto del 2014.

[3] SMARTGRID México, “¿Qué son las Smart Grid?”. Recuperado de

http://www.smartgridmexico.org/es/que-son-las-smart-grids-landing/que-son-las-smart-grids

[4] SMARTGRID México, “¿Por qué Smart Grid?”. Recuperado de

http://www.smartgridmexico.org/es/que-son-las-smart-grids-landing/por-que-smart-grid

[5] Microchip Inc., “Long range meets low power”, MicroSolutions, pp 4-6, USA.,

NovDec 2015. [6] R. Quinnell, “Low-power, wide-area networking alternatives for the IoT”, EDN

Network, USA, September 15 2015. [7] Conuee, “Manual para la Implementación de un Sistema de Gestión de la

Energía”, SENER, México, D.F., 19 agosto del 2014 [8] Conuee, “¿Qué es la Conue?”. Recuperado de

http://www.conuee.gob.mx/wb/Conuee/que_es_conuee/ [9] C. de la Peña, D. Salinas, “Sistema de gestión de la energía eléctrica”,

Siemens, Electro Industria, Grupo Editorial EMB, Chile, abril del 2009. [10] CERP-IoT (2009), “Internet of Things Strategic Research Roadmap”. Europe. [11] Red21, “¿Qué son las Smartgrid?”. Recuperado de

http://www.ree.es/es/red21/redes-inteligentes/que-son-las-smartgrid [12] U.S. Department of Energy, “Smart Grid”. Recuperado de

http://energy.gov/oe/services/technology-development/smart-grid [13] M. Haughn, “LPWAN (low-power wide area network) definition”, USA,

November 2015. Recuperado de http://internetofthingsagenda.techtarget.com/definition /LPWAN-low-power-wide-area-network

[14] A. Scroxton, “Low-power WANs overlooked for IoT connectivity, says

Beecham”, Computerweekly.com, USA, Octover 2015. Recuperado de: http://www.computerweekly.com/news/4500255395/Low-power-WANs-

[15] LoRa® Technology, “What is LoRa?”, USA 2016. Recuperado de

https://www.lora-alliance.org/What-Is-LoRa/Technology

[16] Siemens AG, “Gestión eficiente de la energía eléctrica”, Siemens AG Industry Sector Low-Voltage Controls and Distribution, Argentina, septiembre 2008. Recuperado de: https://www.automation.siemens.com/cd-static/material/info /e20001-a109-l300-x-7800.pdf

[17] LoRa alliance (2016). Recuperado de: https://www.lora-alliance.org/ [18] The Things Network (2016). Recuperado de: http://thethingsnetwork.org/ [19] Loriot (2016). Recuperado de: https://www.loriot.io/index.html [20] R. Oropeza M., “Creatividad e Innovación Tecnológica Mediante TRIZ”,

Panorama, 1ª reimpresión, México 2010. 2. LUGAR(ES) EN DONDE SE VA A DESARROLLAR EL PROYECTO. El proyecto se realizará en los laboratorios de Eléctrica y Electrónica del Instituto Tecnológico de Querétaro, con domicilio en Av. Tecnológico esq. Gral. Mariano Escobedo S/N, Col. Centro, C.P. 76000, en la ciudad de Querétaro, Qro. Las pruebas de laboratorio se realizarán en el mismo lugar. Las pruebas de campo se realizarán en viviendas, negocios e industrias en las que tengan acceso las personas que intervienen en el proyecto. 3. INFRAESTRUCTURA. La infraestructura disponible en el plantel para el desarrollo del proyecto es: * 40 m2 de área de laboratorios, disponibles para la realización de proyectos, con

13 mesas de trabajo, con energía eléctrica monofásica y trifásica. * Módulos R, L, C, para la emulación de cargas eléctricas. * Equipo para pruebas de operación industrial (motores, sistemas de iluminación,

transformadores, subestaciones, etc.). * Compiladores y programadores de microcontroladores. * Osciloscopios digitales. * Multímetros digitales. * Generadores de señales. * Analizadores de la calidad de la energía eléctrica. * Estaciones para soldar circuitos y componentes electrónicos. * Servicio de Internet. No se hacen uso de instalaciones en otras instituciones o dependencias, pero sí de la siguiente infraestructura propia de los profesores y estudiantes involucrados en el proyecto: * Computadoras personales.

* Impresoras. * Servicio de internet.