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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
DESARROLLO DE SISTEMA WEB DE MONITOREO ENERGÉTICO Y
CONTROL DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS, DE BAJO COSTO PARA
APLICACIONES PYMES CON UN PROTOTIPO DEL
CONTROLADOR REALIZADO EN ARDUINO
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTOR(ES):
GUSTAVO ADOLFO NOBOA FRANCO
JEGNNER PAUL VALVERDE MEJÍA
TUTOR:
ING. JUAN SÁNCHEZ HOLGUÍN, M.Sc.
GUAYAQUIL – ECUADOR 2018
II
III
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de titulación, “DESARROLLO DE
SISTEMA WEB DE MONITOREO ENERGÉTICO Y CONTROL DE
CIRCUITOS ELÉCTRICOS, DE BAJO COSTO PARA APLICACIONES
PYMES CON UN PROTOTIPO DEL CONTROLADOR REALIZADO EN
ARDUINO” elaborado por el SR. JEGNNER PAUL VALVERDE MEJÍA y el
SR. GUSTAVO ADOLFO NOBOA FRANCO, Alumnos no titulados de la
Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales, Facultad de
Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo a
la obtención del Título de Ingeniero en Sistemas, me permito declarar que
luego de haber orientado, estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus
partes.
Atentamente
___________________________
Ing. JUAN SÁNCHEZ HOLGUÍN, M.Sc.
TUTOR
IV
DEDICATORIA
A mis padres por ser el pilar fundamental en todo lo que soy, en toda mi educación, tanto académica, como de la vida, por su incondicional apoyo perfectamente mantenido a través del tiempo. Todo este trabajo ha sido posible gracias a ellos.
Jegnner Paul Valverde Mejía
Dedico a toda mi familia en especial a mis padres por la ayuda que se me ha brindado que con la ayuda de Dios se he salido adelante y mi ser más especial que Dios me dio que es mi hija.
Gustavo Adolfo Noboa Franco
V
AGRADECIMIENTO
A mi esposa, porque querer es poder, y atrás de todo buen hombre hay una buena mujer, me alegra que seas mi apoyo en todo momento, y sencillamente hoy me toca a mí agradecerte todas las cosas buenas que has hecho por mí, porque simplemente me has aportado cosas gracias tu genialidad, intelecto y amor incondicional. A José, Adrián y a Stefy por el gran apoyo y motivación para cumplir la meta propuesta.
Jegnner Paul Valverde Mejía
A mi familia que con su ayuda he salido a delante en la época de estudiante y siempre inculcándome el estudio, con su ayuda he podido salir con la excelencia en el estudio.
Gustavo Adolfo Noboa Franco
VI
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN
Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Gs.
DECANO DE LA FACULTAD CIENCIAS MATEMÁTICAS Y
FÍSICAS
Ing. José Alonso Anguizaca, M.Sc
PROFESOR REVISOR DEL ÁREA TRIBUNAL
Ing. Abel Alarcón Salvatierra, M.Sc.
DIRECTOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
Ing. Cesar Espín Riofrio, M.Sc. PROFESOR REVISOR DEL
ÁREA TRIBUNAL
Ing. Juan Sánchez Holguín, M.Sc. PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN
Ab. Juan Chávez Atocha, Esp. SECRETARIO
VII
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este
Proyecto de Titulación, me corresponden
exclusivamente; y el patrimonio intelectual
de la misma a la UNIVERSIDAD DE
GUAYAQUIL”
___________________________ Jegnner Paul Valverde Mejía
___________________________
Gustavo Adolfo Noboa Franco
VIII
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
DESARROLLO DE SISTEMA WEB DE MONITOREO ENERGÉTICO Y
CONTROL DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS, DE BAJO COSTO
PARA APLICACIONES PYMES CON UN PROTOTIPO
DEL CONTROLADOR REALIZADO EN ARDUINO
Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el
título de INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
Autor(es): Jegnner Paul Valverde Mejía C.I. 0924897499
Gustavo Adolfo Noboa Franco
C.I. 1205424201
Tutor: Ing. Juan Sánchez Holguín, M.Sc.
Guayaquil, Marzo del 2018
IX
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el
Consejo Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la
Universidad de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por
los estudiantes JEGNNER PAUL VALVERDE MEJÍA y GUSTAVO
ADOLFO NOBOA FRANCO, como requisito previo para optar por el título
de Ingeniero en Sistemas Computacionales cuyo problema es:
DESARROLLO DE SISTEMA WEB DE MONITOREO ENERGÉTICO Y
CONTROL DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS, DE BAJO COSTO PARA
APLICACIONES PYMES CON UN PROTOTIPO DEL CONTROLADOR
REALIZADO EN ARDUINO.
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
Jegnner Paul Valverde Mejía C.I. 0924897499 Gustavo Adolfo Noboa Franco C.I. 1205424201
Tutor: Ing. Juan Sánchez Holguín, M.Sc.
Guayaquil, Marzo del 2018
X
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital 1. Identificación del Proyecto de Titulación Nombre Alumno: Jegnner Paul Valverde Mejía
Dirección: Sauces 4 Manzana 367 Villa 6
Teléfono: 0993208482 E-mail: [email protected]
Nombre Alumno: Gustavo Adolfo Noboa Franco
Dirección: Pedro Carbo y Juan X. Marcos (Babahoyo)
Teléfono: 0988278523 E-mail: [email protected]
Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera: Ingeniería en Sistemas Computacionales
Proyecto de titulación al que opta: Ingeniero En Sistemas Computacionales
Profesor tutor: Ing. Juan Sánchez Holguín, M.Sc.
Título del Proyecto de titulación: Desarrollo de sistema web de monitoreo energético y control de circuitos eléctricos, de bajo costo para aplicaciones Pymes con un prototipo del controlador realizado en Arduino.
Tema del Proyecto de Titulación: Automatización, Hardware, Software, Monitoreo, Control, Arduino.
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de Titulación A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de este Proyecto de titulación. Publicación electrónica:
Inmediata X Después de 1 año
_______________________ _________________________ Jegnner Paul Valverde Mejía Gustavo Adolfo Noboa Franco
XI
3. Forma de envío: El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.
DVDROM X CDROM
XII
ÍNDICE GENERAL
CERTIFICADO DE APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................. III
DEDICATORIA ....................................................................................................... IV
AGRADECIMIENTO ............................................................................................... V
ÍNDICE GENERAL ................................................................................................ XII
ÍNDICE DE CUADROS ......................................................................................XVIII
ÍNDICE DE GRÁFICOS .......................................................................................XIX
RESUMEN ...........................................................................................................XXI
ABSTRACT .........................................................................................................XXII
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1
CAPÍTULO I: EL PROBLEMA ............................................................................... 3
Ubicación del Problema en un Contexto ................................................................ 3
Situación - Conflicto - Nudos Críticos ..................................................................... 3
Causas y Consecuencias del Problema ................................................................. 4
Delimitación del Problema ...................................................................................... 4
Formulación del Problema ...................................................................................... 5
Evaluación del Problema ........................................................................................ 6
Objetivos ................................................................................................................. 7
Objetivo General ..................................................................................................... 7
Objetivos Específicos .............................................................................................. 7
Alcances del Problema ........................................................................................... 7
Justificación e Importancia...................................................................................... 9
Metodología del Proyecto ....................................................................................... 9
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ....................................................................... 12
Antecedentes del Estudio ..................................................................................... 12
Fundamentación Teórica ...................................................................................... 16
Aplicaciones Web .............................................................................................. 18
Ventajas de desarrollar Aplicaciones Web ........................................................ 19
Capa Eléctrica ................................................................................................... 21
XIII
Instalaciones Básicas 110V Y 220V .................................................................. 21
Parámetros de Consumo ..................................................................................... 22
Capa Electrónica ............................................................................................... 24
Microcontroladores ............................................................................................... 24
Arduino ................................................................................................................... 25
Arduino Mega 2560 .............................................................................................. 29
Arduino Ethernet Shield W5100 ......................................................................... 31
Energy Monitoring Shield V2 ............................................................................... 34
Bus SPI .................................................................................................................. 35
Sensores ................................................................................................................ 36
Sensor YHDC SCT-030-000 ............................................................................... 37
Actuadores ............................................................................................................. 39
Relés ...................................................................................................................... 39
Módulo de Relés ................................................................................................... 40
Amperímetro Fluke 322 ....................................................................................... 41
Herramientas de Desarrollo .............................................................................. 42
Arduino IDE ........................................................................................................... 42
SQL Server 2008 Express R2 ............................................................................. 43
Visual Studio 2010 ................................................................................................ 44
HTML ...................................................................................................................... 45
ASP.NET ................................................................................................................ 45
Servidor web IIS .................................................................................................... 46
Fundamentación Legal ......................................................................................... 47
Preguntas Científica a Contestarse ...................................................................... 54
Definiciones Conceptuales ................................................................................... 54
CAPÍTULO III: PROPUESTA TECNOLÓGICA ................................................... 57
Análisis de factibilidad ........................................................................................... 58
Factibilidad Operacional ................................................................................... 58
Factibilidad técnica............................................................................................ 59
Factibilidad Legal .............................................................................................. 60
Factibilidad Económica ..................................................................................... 60
Etapas de la metodología del proyecto ................................................................ 62
Definición de roles ............................................................................................. 63
XIV
Lista de Objetivos .............................................................................................. 63
Planificación de Sprints ..................................................................................... 66
Sprint 1 ................................................................................................................... 66
Lista de objetivos Sprint 1 ................................................................................... 66
Desarrollo Sprint 1 ................................................................................................ 68
Sprint 2 ................................................................................................................... 76
Lista de objetivos Sprint 2 ................................................................................... 76
Desarrollo Sprint 2 ................................................................................................ 77
Sprint 3 ................................................................................................................... 86
Lista de objetivos Sprint 3 ................................................................................... 86
Desarrollo Sprint 3 ................................................................................................ 87
Cronograma de Actividades ............................................................................. 91
Entregables del proyecto ...................................................................................... 91
Criterios de Validación de la Propuesta ............................................................... 92
Población y Muestra.......................................................................................... 94
Encuestas .......................................................................................................... 95
Experimentación ............................................................................................. 106
CAPÍTULO IV: Criterios de aceptación del producto o Servicio ................. 108
Informe de aceptación y aprobación para productos de Software/ Hardware .. 108
Informe de aseguramiento de la calidad para productos de Software/ Hardware
............................................................................................................................. 110
Conclusiones ....................................................................................................... 112
Recomendaciones .............................................................................................. 112
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 114
ANEXOS ............................................................................................................. 117
ANEXO 1. Cronograma .................................................................................. 118
ANEXO 2. Modelo entidad relación de la base de datos ............................... 119
ANEXO 3. Diseño de estructura para prototipo ............................................. 120
ANEXO 4. Diagrama unifilar del prototipo ...................................................... 123
ANEXO 4. Formulario de encuesta ................................................................ 124
ANEXO 6. Cuadros de experimentación ........................................................ 125
ANEXO 7. Reportes de consumo de energía ................................................ 130
ANEXO 8. Reportes de consumo de energía ................................................ 134
XV
ANEXO 9. Manual de usuario ......................................................................... 136
ANEXO 10. Manual técnico ............................................................................ 146
ANEXO 11. Entrevistas a profesionales ......................................................... 157
XVI
ABREVIATURAS
ABP Aprendizaje Basado en Problemas UG Universidad de Guayaquil FTP Archivos de Transferencia g.l. Grados de Libertad Html Lenguaje de Marca de salida de Hyper Texto http Protocolo de transferencia de Hyper Texto Ing. Ingeniero CC.MM.FF Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas ISP Proveedor de Servicio de Internet Mtra. Maestra Msc. Master URL Localizador de Fuente Uniforme www world wide web (red mundial) kWh Kilovatio-hora FCMF Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas BD Base de datos ASP Active server pages DYI Do it yourself EP Empresa pública CNEL Corporación nacional de electricidad IoT Internet of things SPI Serial Peripheral interface PoE Power over Ethernet Vcc Voltaje de corriente continua Gnd Tierra RMS Root mean square
XVII
SIMBOLOGÍA
s Desviación estándar e Error E Espacio muestral E(Y) Esperanza matemática de la v.a. y s Estimador de la desviación estándar e Exponencial I Intensidad de corriente eléctrica P Potencia de corriente eléctrica E Energía eléctrica consumida
XVIII
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro N. 1: Matriz de causas y consecuencias ................................................... 4
Cuadro N. 2: Matriz de delimitación del problema ................................................. 5
Cuadro N. 3: Matriz de Especificaciones técnicas de Arduino MEGA ................ 30
Cuadro N. 4: Matriz de distribución de pines SPI de Arduino MEGA .................. 31
Cuadro N. 5: Matriz de Especificaciones técnicas de Arduino Ethernet Shield .. 33
Cuadro N. 6: Cuadro de inversión humana .......................................................... 61
Cuadro N. 7: Cuadro de inversión de hardware ................................................... 61
Cuadro N. 8: Cuadro de inversión de software .................................................... 61
Cuadro N. 9: Cuadro de inversión resumen de costos ........................................ 62
Cuadro N. 10: Lista de gestión de requerimientos. (Product Backlog) ................ 63
Cuadro N. 11: Lista de objetivos Sprint 1 ............................................................. 66
Cuadro N. 12: Lista de objetivos Sprint 2 ............................................................. 76
Cuadro N. 13: Lista de objetivos Sprint 3 ............................................................. 87
Cuadro N. 14: Cronograma general de actividades ............................................. 91
Cuadro N. 15: Respuesta de la Pregunta No. 1 ................................................... 96
Cuadro N. 16: Respuesta de la Pregunta No. 2 ................................................... 97
Cuadro N. 17: Respuesta de la Pregunta No. 3 ................................................... 98
Cuadro N. 18: Respuesta de la Pregunta No. 4 ................................................... 99
Cuadro N. 19: Respuesta de la Pregunta No. 5 ................................................. 100
Cuadro N. 20: Respuesta de la Pregunta No. 6 ................................................. 101
Cuadro N. 21: Respuesta de la Pregunta No. 7 ................................................. 102
Cuadro N. 22: Respuesta de la Pregunta No. 8 ................................................. 103
Cuadro N. 23: Respuesta de la Pregunta No. 9 ................................................. 104
Cuadro N. 24: Respuesta de la Pregunta No. 10 ............................................... 105
Cuadro N. 25: Cuadro de porcentaje de error de lecturas ................................. 106
Cuadro N. 26: Informe de aceptación y aprobación ........................................... 109
Cuadro N. 27: Informe de aseguramiento de la calidad .................................... 111
XIX
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico No. 1: Esquema básico de una aplicación web ....................................... 19
Gráfico No. 2: Instalación básica de 110V ........................................................... 21
Gráfico No. 3: Instalación básica de 220V ........................................................... 22
Gráfico No. 4: Microcontrolador Atmel AVR 8-bit ................................................. 24
Gráfico No. 5: Inicios de la placa Arduino ............................................................ 25
Gráfico No. 6: Arduino MEGA ............................................................................... 29
Gráfico No. 7: Placa Arduino Ethernet Shield ...................................................... 32
Gráfico No. 8: ACM ARD Energy Monitoring Shield V2 ....................................... 34
Gráfico No. 9: Comunicación SPI ......................................................................... 36
Gráfico No. 10: Sensores Arduino ........................................................................ 37
Gráfico No. 11: Sensor YHDC SCT-030-000 ....................................................... 37
Gráfico No. 12: Datos técnicos sensor SCT-030-000 .......................................... 38
Gráfico No. 13: Actuadores Arduino ..................................................................... 39
Gráfico No. 14: Componentes de un Relé ........................................................... 40
Gráfico No. 15: Módulo de dos relés .................................................................... 40
Gráfico No. 16: Amperímetro Fluke ...................................................................... 41
Gráfico No. 17: Entorno de desarrollo Arduino IDE ............................................. 42
Gráfico No. 18: Microsoft SQL Server .................................................................. 43
Gráfico No. 19: Microsoft Visual Studio ................................................................ 44
Gráfico No. 20: Diagrama de funcionamiento de la herramienta ......................... 68
Gráfico No. 21: Esquema operativo general ........................................................ 69
Gráfico No. 22: Flujo del esquema operativo general .......................................... 71
Gráfico No. 23: Esquema de diseño del prototipo ............................................... 72
Gráfico No. 24: Página de menú de actividad ...................................................... 75
Gráfico No. 25: Página de menú de control ......................................................... 76
Gráfico No. 26: Diseño de estructura para prototipo ............................................ 78
Gráfico No. 27: Fórmula factor de calibración ...................................................... 79
Gráfico No. 28: Fórmula resistencia de carga ideal ............................................. 79
Gráfico No. 29: Fórmula corriente de pico secundaria......................................... 80
Gráfico No. 30: Fórmula corriente de pico máxima .............................................. 80
XX
Gráfico No. 31: Resolución de Factor de calibración ........................................... 81
Gráfico No. 32: Prototipo Terminado .................................................................... 82
Gráfico No. 33: Página de menú de configuración .............................................. 83
Gráfico No. 34: Ejemplo de reporte de corriente .................................................. 84
Gráfico No. 35: Fórmula de potencia .................................................................... 84
Gráfico No. 36: Ejemplo de reporte de potencia .................................................. 85
Gráfico No. 37: Fórmula de consumo de Energía ................................................ 85
Gráfico No. 38: Ejemplo de reporte de energía.................................................... 86
Gráfico No. 39: Página de Inicio de sesión .......................................................... 88
Gráfico No. 40: Conexión de los sensores SCT-030-000 .................................... 89
Gráfico No. 41: Conexión de circuitos a relés del prototipo ................................. 89
Gráfico No. 42: Prototipo operativo ...................................................................... 90
Gráfico No. 43: Fórmula de la muestra ................................................................ 94
Gráfico No. 44: Desarrollo de fórmula de la muestra ........................................... 94
Gráfico No. 45: Pregunta No. 1 ............................................................................ 96
Gráfico No. 46: Pregunta No. 2 ............................................................................ 97
Gráfico No. 47: Pregunta No. 3 ............................................................................ 98
Gráfico No. 48: Pregunta No. 4 ............................................................................ 99
Gráfico No. 49: Pregunta No. 5 .......................................................................... 100
Gráfico No. 50: Pregunta No. 6 .......................................................................... 101
Gráfico No. 51: Pregunta No. 7 .......................................................................... 102
Gráfico No. 52: Pregunta No. 8 .......................................................................... 103
Gráfico No. 53: Pregunta No. 9 .......................................................................... 104
Gráfico No. 54: Pregunta No. 10 ........................................................................ 105
Gráfico No. 55: Fórmula de porcentaje de error................................................. 106
Gráfico No. 56: Resultado de validación técnica y funcional ............................. 110
XXI
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
DESARROLLO DE SISTEMA WEB DE MONITOREO ENERGÉTICO Y
CONTROL DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS, DE BAJO COSTO
PARA APLICACIONES PYMES CON UN PROTOTIPO
DEL CONTROLADOR REALIZADO EN ARDUINO
Resumen
La tecnología es un proceso de crecimiento de gran magnitud que viene del pasado hasta la actualidad y es una herramienta fundamental para la sociedad. Los avances tecnológicos en el mundo del automatismo, hacen que se involucre en solucionar los problemas o mejorar procesos existentes en el ámbito de la eficiencia energética. El siguiente proyecto consiste, en la búsqueda de solucionar el problema que ocasiona la falta de control de consumo de energía eléctrica en empresas Pymes. Por esta razón ha nacido la necesidad de realizar investigación, planificación y desarrollo un prototipo y una aplicación web, los cuales permiten realizar censo de la carga de energía en el circuito eléctrico, que permitirá tener un monitoreo constante y control de dos circuitos eléctricos de la red eléctrica. El prototipo va a monitorear y controlar circuitos eléctricos de áreas específicas, trabajando en conjunto con la aplicación web tendremos la información almacenada que se mostrará en gráficos y tablas según la selección del usuario, lo que facilitará el análisis de consumos eléctricos, para con esto lograr tener un impacto en ahorro económico de consumo de energía. Palabras claves: Automatismo, Arduino, medición, eficiencia, energía, control, circuitos, Software, hardware, aplicaciones web.
Autor(es): Jegnner Paul Valverde Mejía, Gustavo Noboa Franco
Tutor: Ing. Juan Sánchez Holguín, M.Sc.
XXII
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
DEVELOPMENT OF THE WEB SYSTEM FOR THE MONITORING OF ENERGY
AND THE CONTROL OF LOW COST ELECTRICAL CIRCUITS FOR SMALL
APPLICATIONS WITH A PROTOTYPE OF THE
CONTROLLER DEVELOPED IN ARDUINO.
Abstract Technology is a process of growth of great magnitude that comes from the past to the present and is a fundamental tool for society. The technological advances in the world of automation make it be involved in solving problems or improving existing processes in the field of energy efficiency. The next project consists in the search for solving the problem that causes the lack of control of electricity consumption in SMEs. For this reason, the need to conduct research, plan, and develop a prototype and a web application has been born, which allows to carry out a census of the energy load in the electric circuit, which will allow constant monitoring and control of two electrical circuits of the electrical network. The prototype will monitor and control electrical circuits of specific areas and by working along with the web application, we will have the stored information that will be displayed in graphs and tables according to the user's selection, which will facilitate the analysis of electrical consumption in order to achieve an impact on economic savings of energy consumption. Key words: Automation, Arduino, measurement, efficiency, energy, control,
circuits, Software, hardware, web applications.
Author(s): Jegnner Paul Valverde Mejía,
Gustavo Noboa Franco
Tutor: Ing. Juan Sánchez Holguín, M.Sc.
1
INTRODUCCIÓN
En un mundo que se mueve cada vez más veloz en busca de generar sus
productos y/o servicios de la manera más eficiente, nos vemos motivados a
generar herramientas tecnológicas que nos faciliten el modo de lograrlo con
menores costos y reduciendo la afectación al medio ambiente. Un factor
importante dentro de las empresas que afecta a estos dos puntos de ahorro es el
consumo eléctrico.
La eficiencia energética ha tenido varios nombres desde la década de los 70
tales como “cuidar la energía”, “salvar la energía”, “conservación de la energía”
entre otros. Aproximadamente en el año 2010, año en el que comenzó a
aumentar a nivel mundial el interés por la eficiencia energética. Cada día se la
reconoce más como un recurso confiable, debido a este aumento de interés
global y a que en nuestro país también se ha visto interesado en la eficiencia
energética en la industria, hemos propuesto una solución de monitoreo
energético considerando que el primer paso para eficiencia energética es tener
datos reales de consumo energético, con el fin de llevar este interés a las
empresas Pymes.
Actualmente existen herramientas que brindan beneficios de medición, análisis,
monitoreo, etc. del consumo energético, pero estas herramientas poseen
elevados costos. Lastimosamente solo las grandes empresas se pueden ver
beneficiadas por éstas, dejando a las empresas Pymes aisladas de este entorno
optimizado, viéndose forzadas a realizar sus mediciones de manera manual,
ocasionando en la mayoría de los casos que éstas sean imprecisas o a no ser
eficientes energéticamente.
Proponemos a lo largo de este documento una herramienta tecnológica
innovadora de bajo costo, donde desarrollaremos una aplicación web con
software libre y un controlador con base Arduino, lo que nos permitirá realizar un
sistema de monitoreo de eficiencia energética, de esta manera lo que buscamos
es crear una política de ahorro energético, apuntando a las empresas Pymes.
2
Con la herramienta mencionada anteriormente podemos observar que, con la
ayuda de la toma de datos de consumo de energía eléctrica de los circuitos
eléctricos podemos realizar análisis diarios, semanadas o mensuales. Con estos
datos se facilita el análisis de consumo de energía eléctrica a los usuarios.
Capítulo I, Se puede observar principalmente el planeamiento del problema; en
el que se identifica la ubicación del problema, los motivos de origen, el cual se
determina las causas y consecuencias. Se establecen los objetivos, alcances e
importancias del proyecto con la metodología respectiva.
Capitulo II, Se va a encontrar los estudios que se ha realizado en base de los
sistemas, requerimientos y las teorías, en las cuales nos hemos basado para el
desarrollo de la propuesta. De igual modo, se encuentran las normas legales que
fundamentan al proyecto de tesis.
Capitulo III, Se evalúa la factibilidad de la presente respuesta, basado en los
siguientes aspectos: Operativo, Técnico, Legal y Económico. Se describe las
etapas de la metodología seleccionada y se especifican la información que se
entregan del proyecto planteado.
Capitulo IV, Al final quedan establecidos todos los criterios de aceptación del
producto, como las conclusiones y recomendaciones de la propuesta del
desarrollo de tesis.
3
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Ubicación del Problema en un Contexto
Pese a que la tendencia mundial actual es la eficiencia ecológica y cuidado del
medio ambiente, no se le ha prestado la debida importancia al control del
consumo eléctrico a nivel mundial, generando un grave problema tanto ambiental
como económico. En nuestro país actualmente solo se cuenta con una lectura
global del medidor análogo/digital de la empresa eléctrica local, la misma que
para ser analizada, debe ser tomada de manera manual, imprecisa y también
recae en un análisis engorroso. Esto se convierte en un claro desafío para el
administrador, lo que imposibilita tener un análisis profundo para poder detectar
las áreas estratégicas en donde realizar correctivos de altos consumos
energéticos.
Los elevados costos de hardware y software para monitorear y controlar energía
eléctrica, imposibilitan a las empresas Pymes la adquisición, implementación y
mantenimiento de este tipo de tecnología de ahorro. Esto es causa de
desmotivación hacia el mercado antes señalado e inclusive de las grandes
empresas. Tampoco hay mucha concientización referente al tema de eficiencia y
energías renovables, haciéndolo poco relevante ante la sociedad. Todos estos
aspectos son los que ocasionan que la iniciativa para el emprendimiento de
estos proyectos sea nula.
Situación - Conflicto - Nudos Críticos
El conflicto surge con los elevados consumos energéticos por la falta de control
de los mismos, afectando la economía con el incremento de valores de este
rubro y por otro lado ocasionando la inmensa afectación climática. Se trata de
reducir el impacto ambiental, a la vez se pretende disminuir costos en la
producción de las empresas tipo Pymes.
4
El alto costo de las soluciones comerciales de hardware y software para
automatismo y control, limitan a las empresas tipo Pymes a su implementación y
mantenimiento. Esta limitante económica lo que ocasiona es que el mercado
prefiera continuar con su operaciones regulares sin estos sistemas de
automatismo que permitan analizar costos o consumos de energía eléctrica.
Causas y Consecuencias del Problema
Cuadro N. 1 Matriz de causas y consecuencias
Causas Consecuencias El desconocimiento sobre herramientas tecnológicas de control y monitoreo.
La falta de control de energía eléctrica en áreas donde podría haber altos consumos.
La falta de información sobre el impacto del consumo de energía eléctrica en Pymes.
Gastos/costos innecesarios que afectan los costos de funcionamiento y/o producción.
El alto costo de las herramientas comerciales de automatismo y control.
No uso de herramientas informáticas para llevar un control eficaz de consumo de energía eléctrica.
Posible daño en el medidor de energía eléctrica público.
Tener un consumo elevado sin la capacidad de constatar esa información.
Posibilidad de no tener redes de circuitos eléctricos en óptimas condiciones.
Aumento del consumo (Pérdida) de corriente eléctrica.
Equipos (Eléctricos/Electrónicos) en mal estado.
Consumo errático de energía eléctrica.
Circuitos de iluminación externa encendidos en el día por falta de control.
Gasto innecesario de energía eléctrica.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Delimitación del Problema
Con el desarrollo de un prototipo de bajo costo que automatice los circuitos
eléctricos, se pretende solucionar el problema de la falta de monitoreo de
consumo eléctrico a la que se ven expuestas las empresas Pymes por los
elevados costos de los productos que hay en el mercado destinados a esta
tarea. Con un buen control y monitoreo de los consumos eléctricos, se puede
5
lograr bajar los costos en este rubro, generando así un ahorro en la empresa
Pyme, que es el sector hacia donde está destinada la solución propuesta. Otro
problema al que también aporta este proyecto es a la afectación climática, ya
que al bajar los consumos de energía generamos menos impacto ambiental.
Cuadro N. 2 Matriz de delimitación del problema
Campo Empresas Pymes.
Área Robótica
Aspecto Monitoreo Energético y Control de Circuitos Eléctricos Tema Desarrollo de sistema web de monitoreo energético y
control de circuitos eléctricos, de bajo costo para aplicaciones Pymes con un prototipo del controlador realizado en Arduino.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Formulación del Problema
¿Cómo influye la falta de monitoreo y control de consumo de energía eléctrica en
el alto consumo y costos de los mismos?
Debido a los altos costos de hardware y software que existen en el mercado
diseñados para controlar y monitorear los consumos de energía eléctrica,
poblaciones tales como empresas Pymes, se ven en la necesidad de prescindir
de éstos y limitarse a realizar sus mediciones de manera manual, volviéndose
imprecisa, generando altos consumos energéticos y costos elevados en el rubro
eléctrico. En el mercado existe tecnología que controla consumos eléctricos,
pero son de costos elevados.
Para mitigar este problema, se requiere del desarrollo de un prototipo capaz de
realizar controles, mediciones y análisis de consumo energético, que sea capaz
de almacenar toda esta información en una base de datos, permitiéndole así al
administrador acceso a revisión, evaluación y elaboración de estadísticas
comparativas para distribuir de mejor manera éste recurso según la necesidad
del bien inmueble sujeto a medición y control. Al realizar estos controles y
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mediciones por medio de este tipo de dispositivos, se determinará con exactitud
dónde hubo mayor consumo dentro de la edificación, datos que no podríamos
obtener si las mediciones se realizarán de manera manual.
Evaluación del Problema
Se presentarán las características que posee la problemática planteada:
Claro: El proyecto del monitoreo energético, con el módulo de control de
circuitos eléctricos, es claro porque está redactado de forma precisa y se
comprende el objetivo.
Evidente: Es evidente que es necesario un monitoreo de energía eléctrica ya
que el impacto con el costo de funcionamiento y/o producción puede ser
reducido a niveles óptimos haciendo que esto sea una ganancia y no una
perdida.
Relevante: La solución es relevante para la empresa tipo Pymes, ya que el
proyecto de tesis está orientado al ahorro de energía y eliminación de gastos
innecesarios lo cual en la actualidad es tendencia mundial de eficiencia
energética y optimización de recursos.
Original: Es un nuevo enfoque ya que en el país ninguna empresa Pymes
cuenta con este tipo de tecnología debido a que las pocas herramientas
existentes, por sus altos costos sólo están orientadas a las grandes empresas.
Contextual: En todas las universidades locales se están desarrollando
proyectos tecnológicos basados en automatismo y nosotros no somos la
excepción, evolucionando la tecnología en el área del automatismo y control.
Factible: Al desarrollar una herramienta que nos permita realizar el monitoreo de
energía eléctrica con control a los circuitos eléctricos, se estaría solucionando el
problema de la falta de análisis en este campo, la que nos permitiría saber en
qué áreas se puede llevar un control automatizado y así con esto poder mitigar
7
consumos, disminuyendo el gasto, sin haber tenido altos costos en la inversión
del proyecto.
Identifica los productos esperados:
El producto final permitirá al usuario tener la facilidad de optimizar sus recursos
con bajos costos, volviéndose así una herramienta útil, innovadora, eco-amigable
y económica.
OBJETIVOS
Objetivo General
Realizar el diseño experimental de un sistema de monitoreo y control de
consumo energético para empresas tipo Pyme mediante un dispositivo
electrónico conectado a los circuitos eléctricos y administrado por una
aplicación web basada en ASP.NET.
Objetivos Específicos
Analizar los consumos de energía eléctrica de empresas tipo Pyme
mediante el uso de la solución propuesta.
Establecer el monitoreo permanente del consumo de energía en tiempo
real y visualizar históricos.
Determinar los circuitos eléctricos que corresponda a las áreas que
requieran ser automatizadas utilizando control energético para su
encendido y apagado y así disminuir el consumo de energía.
Diseñar un módulo prototipo de medición y monitoreo de consumo de
energía eléctrica utilizando como base un equipo controlador Arduino.
Implementar un prototipo funcional del diseño realizado.
ALCANCES DEL PROBLEMA
El proyecto tiene como finalidad desarrollar una herramienta que recopile datos
8
para un posterior análisis y toma de decisiones. Éste análisis de consumo de
energía eléctrica y control de circuitos eléctricos permite bajar los índices de
consumo y contribuir con el ahorro de una determinada empresa Pymes, donde
el monitoreo y control energético sería constante y perenne.
Se realizará un prototipo para el monitoreo, el cual medirá las cargas que se
estaría consumiendo en tiempo real en una determinada empresa Pymes, para
que el usuario pueda realizar análisis con la información que se estaría
obteniendo en tiempo real e histórica y así poder corroborar dónde existe
exceso de carga, la que estaría representando un mayor consumo de energía
eléctrica en un periodo de tiempo, con un análisis previo a la implementación se
podrían ajustar parámetros de automatismo y control para ciertos circuitos
eléctricos con horarios predefinidos.
El prototipo sensará toda la carga que esté consumiendo en cada fase que sale
desde el medidor de energía eléctrica hacia adentro de nuestro establecimiento
a toda hora, procesando la información y almacenándola en una base de datos,
que estaría disponible para los usuarios con acceso permitido a la descarga de
reportes generados.
El proyecto propuesto de carácter experimental está enfocado al sector de las
empresas Pymes. De las cuales el proyecto se ha enfocado en las empresas
Pymes de la ciudad de Guayaquil en Ecuador. El ámbito de pruebas del
prototipo se realizará en el hogar de un participante del proyecto, los sensores
serán colocados en dos circuitos que son iluminación (interna), tomacorrientes
(Refrigerador) o cualquier otro que se pretenda analizar. Simultáneamente se
comprobará la eficiencia del prototipo con un medidor manual el consumo de
energía eléctrica. Estas pruebas de funcionamiento y operatividad se realizarán
mientras dure el actual trabajo de titulación.
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JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
Al desarrollar esta herramienta de control y monitoreo energético, no sólo se está
contribuyendo con la economía de cierto sector, sino que también sería una gran
contribución a la reducción de la inmensa afectación climática generada por el
consumo excesivo de energía eléctrica. Ciertas empresas públicas y privadas en
el Ecuador ya han empezado a implementar tecnologías similares de eficiencia
energética, desarrolladas por grandes corporaciones dedicadas a esto.
Las empresas Pymes no pueden darse el lujo de implementar estas tecnologías
por sus elevados costos. Al ser este proyecto una solución de bajo costo se
centrará en este nicho de mercado, que las soluciones comerciales ya existentes
no pueden cubrir por el excesivo costo que demanda su adquisición,
implementación y mantenimiento.
Con el desarrollo de esta herramienta, estaremos además creando consciencia
social respecto al tema en cuestión, promoviendo así de manera indirecta la
iniciativa para nuevas investigaciones sobre la optimización del uso de este
recurso tan valioso como es la energía eléctrica. Aunque el tema de la afectación
climática está en todo su apogeo, no hay mucho énfasis en el cuidado de
consumo eléctrico, por lo que podríamos decir que nuestra solución es eco
amigable.
Se aporta también a la economía de este tipo de empresas o viviendas donde se
implementará esta solución, ya que el saber en qué sector o área del bien
inmueble se está consumiendo más energía, le permitirá a los administradores
optimizar el uso de este recurso, bajando el gasto de este rubro. Si optimizamos
el recurso eléctrico, generamos a la vez ahorro que se verá reflejado en la
planilla mensual de consumo generada por la empresa eléctrica local.
METODOLOGÍA DEL PROYECTO
De acuerdo a la naturaleza de la investigación, el enfoque cualitativo es el
10
idóneo para este tipo de problema, ya que la interacción directa con los sujetos
de estudio, representa el instrumento de medición para analizar y comprender
los hechos a explorar.
Luego de haber realizado una investigación previa acerca de las diferentes
metodologías para el desarrollo de un proyecto de software y examinar con cada
una de ellas las características que mayormente se acoplan de acuerdo al tipo
de proyecto, tiempos de entrega y recursos que se presenta en esta propuesta,
se decide aplicar una metodología ágil; específicamente por los lineamientos,
instrumentos y múltiples herramientas que proporciona hoy en día la
metodología SCRUM.
A continuación, se mencionan los principales puntos que hacen que la
metodología SCRUM, de acuerdo a esta ventaja sea la ideal para desarrollar el
presente proyecto:
Duración del proyecto. Una metodología ágil, ayuda a que un proyecto
en lugar de priorizar documentación y procesos burocráticos donde se
genera un desgaste de tiempo, se centre mucho más en el desarrollo de
entregables del producto, ocupando esta holgura para el cumplimiento de
lo planificado
Planificación de sprints. Para este tema existen varias herramientas
muy buenas y gratuitas en las que los participantes pueden interactuar
durante el ciclo de vida del proyecto.
Entregables. Lo que más se destaca en esta metodología es la
producción de entregables tangibles para el usuario a nivel de software,
en períodos cortos y no al final del proyecto. Este elemento concede al
cliente un producto con más valor.
Flexibilidad. Como consecuencia del punto anterior, se genera una
brecha al final de cada sprint, que permite validar con el cliente el
entregable y detectar a tiempo problemas o cambios emergentes que
pueden ser solucionados en la planificación del siguiente sprint.
De esta manera, todos los puntos mencionados anteriormente consolidan la
11
utilización de esta metodología para ir construyendo un producto de calidad, que
satisfaga las necesidades de la propuesta mencionada.
12
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES DEL ESTUDIO
En el Ecuador, año 2013 durante el Gobierno del Eco. Rafael Correa Delgado,
se desarrolló un estudio y gestión de la demanda eléctrica denominado Plan
Maestro de Electrificación 2013 – 2022, siendo su objetivo principal:
“Elaborar el estudio de proyección de demanda eléctrica para el
corto, mediano y largo plazo, considerando la incidencia de las
variables políticas, económicas, sociales, demográficas,
ambientales, técnicas y tecnológicas sobre el crecimiento
tendencial de la demanda eléctrica nacional; de tal forma que
sus resultados permitan realizar una adecuada planificación de
la expansión del sector con el fin de garantizar el abastecimiento
del suministro de energía con los niveles de confiabilidad y
calidad que señala la normativa.” (CONELEC, 2013).
Durante el desarrollo del documento se citan numerosos estudios que datan
desde 1966 y se realizan nuevos, en base a los cuales el Gobierno decide
implementar nuevos proyectos energéticos:
“La importante inversión pública en proyectos de generación
eléctrica, especialmente hidroeléctricos, enmarcados en la
política sectorial de cambio en la matriz energética y producción
de energía a partir de procesos limpios, es decir, minimizando la
afectación al medio ambiente, además de la implementación de
programas de uso eficiente de la energía, originó la
recuperación de las tasas de crecimiento anual de las
industrias.” (CONELEC, 2013).
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El Gobierno asume el compromiso de impulsar y promover una serie de
proyectos para aprovechar los recursos energéticos, pero sigue siendo
insuficiente, puesto que uno de los planes está enfocado al sector de las
medianas y grandes empresas. A continuación, se enumeran algunos de los
programas establecidos (alguno de ellos ya desarrollados):
“El gobierno nacional, cumpliendo lo establecido en la
Constitución de la República del Ecuador, en los artículos 15 y
413, ha asumido el compromiso de impulsar e implementar una
serie de medidas tendientes a mejorar el aprovechamiento de
los recursos energéticos. En lo que respecta al consumo de
energía eléctrica, los programas que se han analizado y
procesado con el fin de determinar su impacto en el consumo
eléctrico son:
Sustitución de refrigeradores,
Sustitución de luminarias de alumbrado público,
Eficiencia energética en la actividad industrial,
Eficiencia energética en edificios públicos.” (CONELEC,
2013).
En el Ecuador, es evidente como la inmótica y domótica no han sido
exitosamente explotadas. En el mayor de los casos, estos conceptos se asocian
con el nivel de confort que se le pueda dar a nuestra vida diaria a nivel
tecnológico, por ejemplo encender las luces de un área con solo detectarse en
éste un movimiento.
Según un artículo publicado en la revista virtual La Conversación en su página
de Ciencia, por la Ing. Mónica Flores, Docente en la Facultad de Sistemas,
Telecomunicaciones y Electrónica de la Universidad de Especialidades Espíritu
Santo (UEES) en Agosto del 2016 nos dice que en otros países, éstas
tecnologías son más explotadas, pero que en nuestro país aún se evidencia
cierto temor a la tecnología, esto sumado a los elevados costos que representa
hacen que no se conozca todas las bondades de las tecnologías antes
mencionadas.
14
“En otros países, por ejemplo las personas con discapacidad
encuentran que estos sistemas son útiles porque con un solo
botón una persona accede a una ayuda como levantarse de la
cama o puede ser trasladado a la bañera.
En Ecuador no se conoce aun abiertamente las bondades de
esta tecnología, además, las empresas dedicadas a desarrollar
este tipo de proyectos tienen una falencia y es que ofrecen los
mismos sistemas a todos sus clientes y ese no es el fin. Del lado
de los consumidores todavía existe miedo a la tecnología y a
ello hay que agregarle el costo que esto representa.
Ahora más que nunca la domótica y el internet de las cosas van
de la mano -el internet de las cosas entendido como la
comunicación entre máquinas- Antes, todo se comercializaba
bajo una misma marca. Ahora los protocolos de comunicación
en domótica están abiertos o hay marcas que abren los mismos
y se puede integrar muchas cosas que están dentro de la
tecnología, como refrigeradoras, lavadoras, celulares,
televisores, proyectores y precisamente con el internet de las
cosas se pueden mezclar equipos.” (La conversación, 2016).
En la actualidad en Europa la (CEDOM, 2016) conocida como Asociación
Española de Domótica e Inmótica, tiene como principal objetivo reunir a todos los
agentes del sector de la Domótica/Inmótica en España: fabricantes de sistemas
domóticos, equipos auxiliares, distribuidores, integradores, instaladores, centros
tecnológicos y de formación, universidades y medios de comunicación. No
obstante, estos conceptos en el Ecuador apenas se incluyeron en el año 2005,
viniendo de la mano de profesionales con postgrados en Europa. Con el pasar
de los años se han realizado talleres, convenciones, congresos, para difundir
estas tecnologías, según Rodrigo Chancusig, coordinador de la escuela de
tecnologías de la Universidad de las Américas se deben seguir introduciendo
estos principios en el País.
15
“En la actualidad hay empresas medianas encargadas de
desarrollar e instalar entornos inmóticos/domóticos, y forman
parte de un mercado emergente, con altas probabilidades de
seguir creciendo.” (Chancusig, 2015).
Por otro lado en Latinoamérica la compañía Schneider Electric es la empresa
que abarca mayormente el mercado en cuanto a inmótica con sus automatismos
integrales. Esta empresa se encuentra en constantes investigaciones referente al
tema, en un documento denominado Eficiencia Energética, Manual de
Soluciones, señalan varios objetivos de sus productos y servicios:
“Diagnosticar el consumo de energía y la asignación de costos
es el primer paso clave para alcanzar la reducción.
Meditar y auditar
Establecer bases
Automatizar y regular
Monitoreo continuo
Las soluciones de nuestros sistemas de medición para el
análisis del uso de la energía proveen los medios para entender
el consumo eléctrico de su planta, minimizar el riesgo de corte
de energía y garantizar la calidad de servicio.
Los reportes de asignación de costos y subfacturación ofrecen
la posibilidad, a los gerentes de plantas y edificios, de
implementar acciones de mejoras que pueden reducir el uso de
la energía general entre 8 y 10%.” (Schneider Electric, 2017).
A lo largo del documento enumeran varios equipos y software para realizar
control, medición, análisis, monitoreo, revisión de tendencias de consumo
energético, y gestión para el ahorro del mismo. Sus soluciones son innovadoras,
pero lastimosamente los costos son demasiados elevados para las empresas
Pymes, por lo que nuevamente evidenciamos el descuido de este sector que
constituye un considerable porcentaje de consumo energético en el país.
16
La función que cumplen las empresas Pymes es de gran importancia para la
economía del Ecuador. En el año 2017, el Instituto Nacional de Estadísticas y
Censos, INEC., realizó un censo de todas las empresas en el Ecuador, dicho
documento indica que en Guayaquil que existen alrededor de 6520 empresas
tipo Pymes registradas.
En su mayoría tienen como enfoque principal, el comercio al por mayor y menor,
también están en la parte de la industria manufacturera, agricultura y ganadería,
entre otros. La agrupación entre pequeñas y medianas Empresas (Pymes) está
determinada en los niveles de ingresos anuales. Las pequeñas empresas son
aquellas las cuales tiene ingresos ente 100 mil y un millón de dólares, mientras
las medianas empresas las que generan de 1 millón y 10 millones. Estos
negocios son la fuente de empleo para el desarrollo de la economía del ecuador
por su versatilidad, dinamismo y creatividad inciden en la generación de empleo
y el crecimiento.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
Al ser el objetivo principal de este proyecto el diseño de un sistema de monitoreo
y control de consumo energético de bajo costo para empresas Pymes a través
de un dispositivo en los circuitos eléctricos y administrados por una aplicación
web, nos lleva a formar parte de un concepto tecnológico clave: la Inmótica.
Según la Asociación Española de Domótica e Inmótica, la inmótica es:
“La Inmótica es el conjunto de tecnologías aplicadas al control y
la automatización inteligente de edificios no destinados a
vivienda, como hoteles, centros comerciales, escuelas,
universidades, hospitales y todos los edificios terciarios,
permitiendo una gestión eficiente del uso de la energía, además
de aportar seguridad, confort, y comunicación entre el usuario y
el sistema.” (CEDOM, 2016).
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En Guayaquil por ejemplo, se abrió hace un año el Hospital de la Mujer Alfredo
G. Paulson de la Junta de Beneficencia de Guayaquil, este hospital cuenta con
la automatización de todos los sistemas (CCTV, Aire Acondicionado Eléctrico y
Alumbrado, Incendios, Intrusión, entre otros) desde una central master se
realizan los monitoreo y controles de los sistemas antes mencionados,
efectivizando la eficiencia del consumo de energía y cuidado del equipamiento.
Todos los equipos responden a las configuraciones realizadas a nivel de
sistema, de esta manera por ejemplo, las luces se encienden y apagan a
determinada hora, se pueden agrupar por circuitos para mejorar los controles,
etc.
Toda esta automatización se basa en el principio de la Inmótica, porque integra
todos los sistemas, los mismos que se monitorean y controlan desde una sola
central, además de generar los reportes mediante los cuales, la administración
evalúa los consumos y puede sugerir cambios o correctivos y mejoras continuas
en la optimización de recursos y mantenimiento de los equipos. En el
mencionado proyecto de automatismo y control se invirtió una gran cantidad de
dinero, para una empresa Pymes realizar este tipo de inversiones no es rentable,
y es visto más como un lujo que como una necesidad.
Al implementar un sistema inmótico nos estamos adaptando a los cambios
sociales, permitiéndole a la tecnología no solo brindarnos confort, sino también
mediante estas herramientas construir empresas eco-amigables, que utilicen
eficientemente los recursos energéticos y que nos permitan generar ahorro
económico. Aunque el sector de la inmótica en nuestro país ha evolucionado
considerablemente y podemos encontrar en el mercado equipos capaces de
automatizar empresas Pymes, éstos tienen costos excesivos que no motivan al
consumidor a implementar dicha tecnología, sin contar con la falta de gestión de
proyectos encaminados a solucionar las necesidades de las empresas Pymes.
En nuestro proyecto desarrollaremos una herramienta que nos permitirá
automatizar empresas Pymes, a bajo costo: el controlador con base Arduino será
monitoreado por una página web con software libre. Mediante esta página web
18
se pretende tener acceso a la información recopilada por el controlador Arduino,
para análisis de tendencias y gestión de consumos.
APLICACIONES WEB
Actualmente las aplicaciones web han desplazado a las aplicaciones
convencionales de escritorio. Y el motivo es porque existe una clara diferencia
entre estos dos tipos de aplicaciones, la ventaja más grande que una aplicación
basada en tecnología web es, el acceso al sitio a través de la red, ya sea internet
o intranet.
Desde cualquier lugar, así como desde cualquier dispositivo que tenga una
conexión a la red (internet o intranet), a cualquier hora, a través de una
aplicación web los usuarios pueden ingresar. Esta demanda se ha incrementado
alrededor del mundo, gracias a que la población mundial cada día tiene mayor
acceso a una red (internet o intranet); al contar con más gente dirigiendo su
atención a este medio, ha provocado la apertura de otro canal de intercambio de
información. Por lo que el mercado de desarrollo de software ha posicionado a
las aplicaciones web en las favoritas al momento de realizar la construcción de
una solución tecnológica para cualquier tipo de negocio.
Por otra parte, una aplicación web es un tipo de aplicación cliente-servidor donde
el navegador, el servidor web y el protocolo http se encuentran homologados.
Esta característica representa una ventaja para las aplicaciones web, puesto que
el desarrollador o el programador, no deberá preocuparse en crear esta
comunicación, puesto que ya existe.
19
Gráfico No. 1. Esquema básico de una aplicación web.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
En el gráfico anterior se puede observar la clara interacción entre el cliente y una
aplicación web representada como servidor web. Podemos notar como el cliente
se conecta al sitio a través de la web (navegador), específicamente por el
protocolo http y conectada con el servidor web, donde se encuentra alojada la
aplicación en sí. A su vez cuando el servidor web ejecuta la solicitud enviada por
el cliente, devuelve la respuesta a través de este mismo protocolo. Esta
configuración es conocida como arquitectura cliente/servidor y es la estructura
básica de la que está conformada una aplicación web.
VENTAJAS DE DESARROLLAR APLICACIONES WEB
Existen varias ventajas para elegir el desarrollo de aplicaciones con la tecnología
que ofrece una aplicación web, mencionamos a continuación algunas de ellas:
Actualización en línea. En el pasado quedaron los largos procesos de
actualizaciones en cada máquina del cliente. Las aplicaciones web al
tener sus fuentes centralizados en un servidor web, administrado
mayormente por técnicos informáticos, basta actualizar las nuevas
características en el servidor para que todos los clientes
automáticamente puedan acceder a la aplicación web actualizada. Sin
duda esta ventaja beneficio tanto al técnico por el ahorro de tiempo, así
como al cliente que máximo en un par de horas programadas, logrará
visualizar las nuevas funcionalidades del software.
20
Multiplataforma. Una aplicación web no depende de un solo sistema
operativo que el cliente posea en su máquina, puesto que el cliente se
comunica a través de una URL que es donde podrá acceder al sistema,
el cual está alojado en un servidor independiente de la máquina cliente.
Bastará tener un navegador web para acceder a la aplicación web.
Amplia compatibilidad con dispositivos. Esta característica va de la
mano con la anterior por lo que una aplicación web puede ser accedida
desde cualquier dispositivo que tenga un navegador web. Lo que la hace
compatible con la variedad de dispositivos que existen actualmente.
Ahorro de espacio en máquinas clientes. Tal como se ha mencionado,
las aplicaciones web operan sobre un computador distinto al del cliente,
por lo que respecta al compartimiento de archivos o fuentes, se
encuentran en el servidor y no ocupan espacio en el disco duro de los
clientes.
Alta disponibilidad. Como parte de las estrategias en la implementación
de un sistema web, con el fin de garantizar la alta disponibilidad de una
aplicación, se encuentra la elaboración de un plan de contingencia, el
cual contiene las medidas que se deben de ejecutar para restaurar el
servicio en el menor tiempo posible. Un entorno web, facilita y acelera el
restablecimiento del servicio, puesto que las tareas a ejecutarse se
realizan únicamente sobre el hardware y software del servidor web.
Facilidad en compartición y acceso a la información. Tener una
plataforma donde se pueda subir información a un solo sitio, ya sea por el
administrador del sitio o por parte de los usuarios capacitados, garantiza
que la información sea más fácil y por ende más rápida de ser transmitida
a los clientes.
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CAPA ELÉCTRICA
INSTALACIONES BÁSICAS 110V Y 220V
Para empezar la explicación de cómo se implementará nuestro prototipo es
necesario conocer el diseño de las instalaciones eléctricas básicas más
comunes en nuestro país, las cuales son de 110V y 220V. La empresa pública
de energía eléctrica nos provee una instalación monofásica de 110V, un cable
de fase de 110V (L) y un cable neutro (N) con los cuales se realizan las
instalaciones eléctricas dentro de las infraestructuras. Este tipo de voltaje se
utiliza generalmente para tomacorrientes, luminarias, entre otros.
En la siguiente imagen vemos una instalación básica de 110V:
Gráfico No. 2. Instalación básica de 110V.
Elaboración: Academia.edu
Fuente: Manual de Electricidad residencial.
Para instalaciones de 220V la empresa eléctrica nos provee una instalación
monofásica de 220V, las cuales en nuestro país se usan para equipos de
climatización, motores eléctricos, entre otros. Cuentan con dos cables de fase de
110V cada uno (L1 y L2) y un cable de neutro (N).
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En el siguiente gráfico observamos cómo se realiza una instalación básica de
220V para un aire acondicionado:
Gráfico No. 3. Instalación básica de 220V.
Elaboración: Academia.edu
Fuente: Manual de Electricidad residencial.
PARÁMETROS DE CONSUMO
En nuestro país el consumo eléctrico se mide en kilovatios-hora o kilowatt-hora
en un periodo determinado de tiempo que es establecido por la compañía
suministradora de este servicio. Las variables para el cobro las define la Agencia
de Regulación y Control de la Electricidad:
“Valores facturados por consumo:
Valor por consumo: monto en dólares por los kWh de
energía consumida;
Valor por comercialización: monto en dólares a pagar a la
empresa eléctrica de distribución por el servicio de
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comercialización, esto es, por atención al cliente,
atención a reclamos y facturación (emisión, entrega y
recaudación);
Subsidio cruzado: equivalente al 10% (5% para Empresa
Eléctrica de Guayaquil) del valor por consumo y
comercialización que deben contribuir los consumidores
residenciales cuyo consumo del mes facturado es mayor
al consumo promedio residencial de la empresa de
distribución. El monto total recaudado de la contribución
anterior se reparte entre los consumidores residenciales
cuyo consumo del mes facturado sea menor o igual al
consumo promedio;
Subsidio Tarifa Dignidad: aplica cuando el consumo es
menor a 110 kWh en la Sierra y 130 kWh en la Costa,
Oriente y región Insular. Corresponde a la diferencia
entre la energía y comercialización valorados con la tarifa
a usuario final de la distribuidora y la energía valorada
con tarifa 0,04 USD/kWh y comercialización USD 0,71.
(Decreto Ejecutivo No. 451)
Servicio de Alumbrado Público:, monto en dólares a
pagar por el servicio de alumbrado público;
Interés por mora: aplica cuando existe un recargo porque
el pago no fue realizado hasta la fecha de vencimiento de
la planilla.” (Agencia de Regulación y Control de la
Electricidad, 2017).
Según la CNEL EP (Empresa Eléctrica Pública Estratégica Corporación Nacional
De Electricidad), en el documento “Estatuto Orgánico De Gestión
Organizacional Por Procesos”, Art.4 dice:
“Brindar el servicio público de distribución y comercialización
de energía eléctrica para generar bienestar a nuestros
consumidores y contribuir al desarrollo del país, con talento
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humano comprometido, tecnología de punta, innovación y
respeto al ambiente.” (CNEL EP, 2015).
CAPA ELECTRÓNICA
MICROCONTROLADORES
Son circuitos integrados programables de alta escala de integración, capaces de
ejecutar instrucciones almacenadas en su memoria. Cuentan con unidad de
procesamiento, memoria y entradas/salidas para comunicarse con el exterior.
Actualmente los microcontroladores están en muchos de los aparatos eléctricos
que usamos diariamente en nuestros hogares y trabajos, que van desde
juguetes, hornos microondas, televisores, computadores, naves espaciales,
entre otros, también son usados en la inmótica y domótica. Para esto se ha
creado una gran variedad de microcontroladores que pueden ser usados en
diversas aplicaciones y han facilitado el desarrollo de la automatización en
empresas Pymes.
Gráfico No. 4. Microcontrolador Atmel AVR 8-bit.
Elaboración: Atmel - Microchip Technology Inc.
Fuente: Microcontroladores Atmel.
25
ARDUINO
El primer Arduino fue inventado por Massimo Banzi en el año 2005, la idea
surgió por su interés de crear una placa para el aprendizaje de los estudiantes
de computación y electrónica del instituto IVRAE, donde él también estudiaba, ya
que en ese entonces adquirir una placa de microcontroladores era demasiado
costoso. Pero nunca se imaginó que más adelante con Arduino lideraría en la
tecnología DIY (Do It Yourself), después de un tiempo, cuando llegó a una
comunidad más amplia, empiezan a hacerle modificaciones para adaptarse a las
nuevas necesidades y desafíos, diferenciando su oferta de simples placas de 8
bits a productos para aplicaciones IoT, wearable, impresión 3D y entornos
integrados.
Todas las placas de Arduino son de código abierto, lo que le permite al usuario
adaptarlo a sus necesidades particulares. Así mismo utilizan un software de
código abierto para programar sus sketches. Este software es flexible para
usuarios avanzados, se ejecuta en Mac, Windows y Linux.
Gráfico No.5. Inicios de la placa Arduino.
Elaboración: Spectrum IEEE
Fuente: Historia de Arduino.
Es una placa electrónica elaborada con un microcontrolador que tiene
entradas/salidas digitales y análogas, de código abierto basadas en hardware y
software flexible. Esta placa microcontroladora se utiliza para desarrollar
26
instrumentos científicos, probar principios de química y física, para aprender a
programar o para implementar proyectos de robótica, domótica e inmótica, en
estos campos Arduino es utilizado desde el proyecto más pequeño, hasta el
proyecto más ambicioso, sabiéndolo adaptar.
Existen otras placas microcontroladoras, pero para nuestro proyecto hemos
escogido una Arduino porque basados en la investigación previa que se realizó
para la selección acertada de dispositivos, descubrimos que Arduino era la
opción más viable por todos los beneficios que nos brinda: para empezar,
Arduino, al ser de Software de código abierto es multiplataforma, es decir que
nos permite trabajar con Mac, Windows y Linux. La mayoría de los demás
controladores que existen en el mercado se limitan a trabajar con Windows o
Linux independientemente. Las placas Arduino son relativamente más
económicas que las demás placas microcontroladoras que existen en el
mercado.
El entorno de programación del IDE es sencillo, el lenguaje puede expandir sus
funcionalidades a través de la utilización de librerías. Las placas Arduino se
comercializan bajo una licencia de Creative Commons. Dentro de la familia de
(Arduino, 2017) tenemos 6 divisiones generales, las cuales también se
subdividen de acuerdo a la aplicación, para facilitarnos la selección a la hora de
realizar u proyecto:
Placas Básicas.-
UNO
Leonardo
101
Esplora
Micro
Nano
Mini
MKR2UNO Adapter
STARTER KIT
27
LCD SCREEN
Placas Avanzadas.-
Mega
Zero
Due
Mega ADK
M0
M0 Pro
MKR Zero
Motor Shield
USB Host Shield
Proto Shield
MKR Proto Shield
4 Relays Shield
Mega Proto Shield
MKR Relay Proto Shield
ISP
USB2Serial Micro
USB2Serial Converter
Internet de las cosas.-
Yún
Etherneth
Tian
Industrial 101
Leonardo Eth
MKR Fox 1200
MKR Wan 1300
MKR GSM 1400
MKR1000
Yún Mini
Yún Shield
Wireless SD Shield
Wireless Proto Shield
28
Etherneth Shield V2
GSM Shield V2
MKR IoT Bundle
Educación.-
CTC 101
Usables.-
Gemma
Lilypad Arduino USB
Lilypad Arduino Main Board
Lilypad Arduino Simple
Lilypad Arduino Simple Snap
Impresiones 3D
Materia 101
Las placas básicas o avanzadas de Arduino se pueden usar solas o,
complementándolas con las placas de extensión (shield). Para realizar estos
montajes se utiliza siempre como base una placa principal de Arduino básica o
avanzada y sobre ésta se coloca la o las placas de extensión (shield)
dependiendo los requerimientos del proyecto, una vez conectadas solo
necesitarán una alimentación de poder que llegará a la placa del Arduino
principal. No hay límite en el número de placas de extensión que se le pueden
conectar a la placa principal, pero se debe tener en cuenta que al ser una sola la
vía de alimentación de energía para todas las placas, se corre el riesgo de que la
energía no llegue a todas.
Así mismo la programación se realiza desde la placa principal, haciendo que
funcionen todos los módulos extendidos como una sola unidad de Arduino. Una
vez programado no necesita de un operador para su funcionamiento,
haciéndolos autónomos para realizar las operaciones ya programadas.
29
ARDUINO MEGA 2560
Es una de las principales tarjetas de (Arduino, 2017), basadas en el
microcontrolador ATmega2560, cuenta con características superiores a las
tarjetas básicas y es de bajo costo. Tiene 256kb de memoria SRAM para
almacenar código (sketches) es más potente que el Arduino UNO, por lo que es
la placa de Arduino que más se acopla para el desarrollo de nuestro prototipo y
es compatible con las demás placas de expansión que vamos a requerir para
nuestro prototipo.
Gráfico No.6. Arduino MEGA.
Elaboración: Arduino.cc
Fuente: Arduino productos.
Posee un puerto USB que puede ser utilizado para su programación y también
para la alimentación de energía, también posee un puerto exclusivo para
alimentación de energía, al que se le puede conectar un adaptador de CA o
baterías de 6 a 20 V que es la capacidad que tiene la tarjeta, pero la
recomendación del fabricante para su óptimo funcionamiento, es que se utilice
entre 7 a 12 V, posterior a esto puede que el microcontrolador comience
calentarse. Si se utiliza Arduino Mega sin placas de expansión, se puede
alimentar solo con baterías, pero cuando se lo utiliza con estas placas, solo se
recomienda usar con alimentación de energía de un adaptador CA debido a que
las baterías producen menor independencia de funcionamiento.
30
En la página oficial de (Arduino, 2017) encontramos las especificaciones
técnicas de la tarjeta Arduino Mega las cuales mostraremos en el siguiente
cuadro:
Cuadro N. 3
Matriz de Especificaciones técnicas de Arduino MEGA.
Microcontrolador ATmega2560
Voltaje de Operación 5V
Voltaje de entrada (Recomendado)
7-12V
Voltaje de entrada (limite) 6-20V
Pines Digitales I/O 54 (de los cuales 15 proveen salida PWM)
Pines de entrada analógica 16
Corriente DC por pin de E/S 20 mA
Corriente DC para pin de 3.3V 50 mA
Memoria Flash 256 KB de los cuales 8 KB son usados por el bootloader
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
Velocidad del reloj 16 MHz
LED_BUILTIN 13
Longitud 101.52 mm
Ancho 53.3 mm
Peso 37 g
Elaboración: Arduino.cc
Fuente: Arduino Mega 2560, especificaciones.
Arduino MEGA es una de las tarjetas más potentes diseñadas para proyectos
más ambiciosos, donde sus características la hacen resaltar sobre las demás
tarjetas Arduino. Como todas las tarjetas Arduino cuenta con leds informativos
como: ON.- Indica que la tarjeta está encendida; TX y RX.- Indica cuando hay
transmisión de datos; y L.- El cual es el led 13 incorporado en todas las placas
Arduino para el primer test de funcionamiento llamado “Blink”.
Las tarjetas Arduino que se usan de base (básicas o avanzadas) se comunican
con las placas de expansión mediante comunicación SPI (Serial Peripheral
Interface), ésta comunicación se realiza a través de los pines ICSP o mediante la
configuración distribuida entre los pines digitales de entrada/salida. En el Arduino
31
mega, la ubicación de los pines ICSP es la estándar, mientras que la
configuración de estos pines adicionales cambia, dejando la siguiente
configuración de pines para el Arduino MEGA: Pin51 Mosi, Pin50 Miso, Pin52
SCK y Pin53 SS. En el siguiente cuadro podremos apreciar la diferencia con las
principales tarjetas (Arduino, 2017):
Cuadro N. 4
Matriz de distribución de pines SPI de Arduino MEGA.
Arduino / Genuino
Board
MOSI MISO SCK SS (esclavo)
SS (maestro)
Nivel
Uno o Duemilanove
11 o ICSP-
4
12 o ICSP-
1
13 o ICSP-
3
10 - 5V
Mega1280 o Mega2560
51 o ICSP-
4
50 o ICSP-
1
52 o ICSP-
3
53 - 5V
Leonardo ICSP-4
ICSP-1
ICSP-3
- - 5V
Debido ICSP-4
ICSP-1
ICSP-3
- 4, 10, 52 3,3V
Cero ICSP-4
ICSP-1
ICSP-3
- - 3,3V
101 11 o ICSP-
4
12 o ICSP-
1
13 o ICSP-
3
10 10 3,3V
MKR1000 8 10 9 - - 3,3V
Elaboración: Arduino.cc
Fuente: Especificaciones Bus SPI.
ARDUINO ETHERNET SHIELD W5100
Es una tarjeta (Arduino, 2017) de expansión basada en el chip Ethernet Wiznet
W5100 para la comunicación de red. Cuenta con un puerto Ethernet que lee y
escribe los flujos de datos que pasan a través de éste shield, implementando la
pila de protocolos TCP/IP. Al ser una placa de expansión no funciona sola, debe
ir siempre conectada a una placa de Arduino base (básica o avanzada), se
comunica con éstos mediante bus SPI. Se necesita incorporar la librería
“Ethernet.h” en los sketches de programación para que pueda funcionar.
32
Gráfico No.7. Placa Arduino Ethernet Shield.
Elaboración: Arduino.cc
Fuente: Productos Arduino.
Cuenta con una lectora de tarjeta micro SD para almacenamiento, se necesita
incorporar la librería “sd.h” en los sketches de programación para que pueda
funcionar. Tanto la comunicación de la tarjeta Ethernet como la de la lectora
micro SD se realizan por el conector ICSP. La lectora micro SD y el Ethernet no
pueden trabajar simultáneamente, por lo que al programar los sketches
deberemos realizarlo de manera cautelosa para que no exista conflicto. Una vez
conectada a la placa base, ésta reserva los pines 10 para la conexión Ethernet y
el pin 4 para la lectora micro SD.
La conexión a la red es sencilla, solo se debe conectar mediante un cable de red
con conectores RJ45 a un switch/router de comunicación, esta conexión puede
ser a una red local o a internet o se puede conectar con cable de red cruzado,
directamente a un computador de escritorio o portátil. La velocidad de esta
tarjeta es de 10/100 Mbps. El Arduino Ethernet Shield puede conectarse como
cliente y como servidor, según las necesidades del usuario.
Existen otras versiones de Arduino Ethernet que tienen un módulo incorporado
para conexión PoE (Power over Ethernet), pero a este modelo se le puede
también incorporar este módulo que debe ser adquirido de manera
independiente. La conexión PoE utiliza la norma IEEE802.3af, con una salida de
9V que alimentará todas las placas.
33
Entre las principales características tiene:
Cuadro N. 5
Matriz de Especificaciones técnicas de Arduino Ethernet Shield.
Microcontrolador ATmega328
Voltaje de operación 5V
Voltaje de entrada (recomendado) 7-12V
Voltaje de entrada (limite) 6-20V
Voltaje de entrada PoE (limite) 36-57V
Pines de Entrada/Salida 14 (de los cuales 4 proveen salida PWM)
Pines reservados de Arduino: 10 to 13 usados para SPI
4 usado para tarjeta SD
2 W5100 interrupción (cuando está puenteado)
Pines de entrada Analógica 6
Corriente DC por pin E/S 40 mA
Corriente DC por pin de 3.3V 50 mA
Memoria Flash 32 KB (ATmega328) de los cuales 0.5 KB usada por el bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Velocidad de reloj 16 MHz
Longitud 68.6 mm
Ancho 53.3 mm
Peso 28 gr
Elaboración: Arduino.cc
Fuente: Arduino Ethernet shield, especificaciones.
Esta placa también posee leds informativos tales como: ON.- Indica que ésta se
encuentra encendida; Link.- Indica que existe una comunicación; FullD.- Indica
que existe una comunicación full dúplex; 100M.- Indica que hay comunicación a
velocidad de 100 Mbps; RX y TX.- Indica que envía y recibe datos; y Coll.- Indica
que existe colisión de datos en la red.
34
ENERGY MONITORING SHIELD V2
Placa de expansión creada por ACM, como nos indica su hoja de
especificaciones publicada por (Electrothing, s.f.) es compatible con Arduino
Mega y Arduino Ethernet Shield W5100, diseñada para el monitoreo de corriente
mediante sensores de corriente SCT (soporta 3). Soporta pantalla LCD Nokia
5110 e interface de conexión Wireless (nRF24L01 +). Esta usa la librería de
“EmonLib.h” para el entorno de programación.
Gráfico No.8. ACM ARD Energy Monitoring Shield V2.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Fotografía del componente usado en el diseño.
Según su hoja de especificaciones publicada por (Electrothing, s.f.) la placa
cuenta con las siguientes interfaces:
A0, A1, A2 - involucrado para conectar los sensores AC.
A4 (SDA), A5 (SCL) – En la placa se muestra como el conector "I2C" (en
el otro conector de dos pines - VCC y GND para el suministro del sensor)
Interface para conectar el Modulo RF - nRF24L01+:
D11 - MOSI
D12 - MISO
D13 - SCK
D8 - RF_CE
D7 - RF_CSN
35
D2 - RF_IRQ
Interface Para conectar LCD5110:
D11 - MOSI
D13 - SCK
D5 - LCD_D/C
D6 - LCD_RST
D3 - LCD_CS
A3 - Botones
BUS SPI
Es un bus de comunicación llamado SPI por sus siglas en inglés (Serial
Peripheral Interface Bus), desarrollado por Motorola en 1980. Cuenta con una
arquitectura maestro-esclavo, siendo solo el dispositivo maestro el que inicia la
comunicación con los dispositivos esclavos para tener una transferencia de
datos en doble vía. Tiene como característica ser un bus de tipo síncrono, esto
quiere decir que el dispositivo maestro entrega una señal de reloj, lo cual
mantiene a los dispositivos esclavos sincronizados con el maestro. Requiere
tener tres líneas de comunicación fijas y una línea adicional por cada dispositivo
esclavo conectado. (Llamas, 2016).
Las líneas de comunicación son las siguientes:
MOSI: (Master Out, Slave In), será usado para la transmisión de datos
desde el dispositivo maestro al dispositivo esclavo.
MISO: (Master In, Slave Out), será usado para la transmisión de datos
desde el dispositivo esclavo al dispositivo maestro.
SCLK: usado por el pulso de reloj generado por el dispositivo maestro.
SS: (Slave Select), esta línea será independiente para cada dispositivo
esclavo conectado.
36
Gráfico No.9. Comunicación SPI
Elaboración: Core Electronics.
Fuente: Diagrama bus SPI.
Arduino desarrolló una librería llamada SPI.h que tiene que ser incluida en sus
sketches de programación para el uso del bus SPI en sus tarjetas. Hay algunas
placas que usan la comunicación por bus SPI tales como: las Ethernet Shield,
pantallas LCD, entre otros.
SENSORES
Son dispositivos electrónicos que pueden detectar transformación de variables
eléctricas y variables de instrumentación, también llamadas magnitudes. Los
sensores pueden estar conectados realizando una acción o esperando ser
activados para realizar una actividad específica o una rutina ya cargada, ya sea
por un computador o un actuador. Las lecturas de los valores detectados por los
sensores se pueden almacenar en una base de datos, registrando así todas las
acciones realizadas por los sensores y permitiéndole al usuario el acceso a la
37
revisión y análisis de esta información. Existen varios tipos de sensores, por
ejemplo de presión, de temperatura, entre otros, en nuestro caso usaremos un
sensor de corriente. Hablando de sensores de corriente, existen dos en
particular, de núcleo cerrado, que es invasivo o de núcleo abierto, que no es
invasivo, razón por la que usaremos un sensor del último mencionado para el
desarrollo de nuestro prototipo. (PCE Instruments, s.f.).
Gráfico No.10. Sensores Arduino.
Elaboración: Diymakers.es
Fuente: Sensores Arduino.
SENSOR YHDC SCT-030-000
Gráfico No.11. Sensor YHDC SCT-030-000.
Elaboración: YHDC
Fuente: Productos YHDC.
38
Es un sensor de corriente alterna fabricado por (YHDC, 2015) no invasivo, posee
núcleo abierto elaborado a base de ferrita, que funciona además como un
transformador de corriente haciendo un cambio de escala del valor leído por el
sensor al Arduino para procesar el dato sin dañar el dispositivo. Soporta de 0 a
100 amperios como corriente de entrada y de 0 a 50 miliamperios de salida.
Este sensor para transformar la corriente posee 3 partes: devanado primario (de
una vuelta), devanado secundario (de 2.000 vueltas) y núcleo ferromagnético.
Cuenta con un conector de 3.5mm para la conexión con la placa EMS (Energy
Monitor Shield). De este sensor podemos encontrar varios tipos, para varios
usos, tiene una capacidad de leer hasta 100 A lo que hace que sea el más viable
para nuestro prototipo y así poder tener lecturas más exactas. Entre los
principales datos técnicos obtenidos de (YHDC, 2015) tenemos:
Gráfico No.12. Datos técnicos sensor SCT-030-000
Elaboración: YHDC
Fuente: Tabla de especificaciones sensor SCT-030-000
39
ACTUADORES
Los Actuadores son dispositivos inherentemente mecánicos que pueden
transformar energía (neumática, hidráulica o eléctrica) para realizar una acción
sobre otro dispositivo mecánico, ya sea por presión o que realice un movimiento.
(Vildósola, 2017).
Gráfico No.13. Actuadores Arduino
Elaboración: Openhaks.com
Fuente: Actuadores para Arduino.
RELÉS
Es un dispositivo eléctrico, que cuenta con dos circuitos diferentes, uno eléctrico
y otro electrónico, funcionando como interruptor para la parte eléctrica, pero es
accionado desde la parte electrónica, de esta manera controla una alta tensión
enviando un bajo voltaje. En su interior cuenta con un una bobina que funciona
basada en el fenómeno electromagnético, haciendo que el electroimán se
accione y cierre los contactos. Hay dos tipos de relés: electromecánicos (los que
usaremos en nuestro prototipo) y de estado sólido. Es usado comúnmente como
interruptor para comandar circuitos, motores, luces, entre otros.
(Areatecnologia.com, s.f.). Para nuestro prototipo será indispensable para poder
realizar el control de los circuitos.
40
Gráfico No.14. Componentes de un Relé
Elaboración: Areatecnologia.com
Fuente: Área Electricidad, relé.
MÓDULO DE RELÉS
Módulo de expansión compatible con Arduino, según especificaciones indicadas
por (Electrónica Dragón, s.f.) pueden ser de 1, 2, 4 u 8 relés para el control de
circuitos, poseen voltaje máximo AC de 250V con corriente máxima AC 10A y
voltaje máximo DC 30V con corriente máxima DC 10A, este módulo es usado
con mucha frecuencia para controles industriales como comerciales. Este
módulo de relés será controlado por el Arduino, el mismo que le proveerá las
señales en los pines VCC y GND para encender el módulo; y a los pines In1 e
In2 que serán las señales de control que activarán cada relé, por el otro lado se
conectará en las borneras el circuito a controlar en NA (normalmente abierto) y
COM que será el común. El módulo de relés que nosotros usaremos utiliza relés
de marca Songle.
Gráfico No.15. Módulo de dos relés
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Fotografía del componente usado en el diseño.
41
AMPERÍMETRO FLUKE 322
Es un dispositivo de medición manual que puede medir corriente, tensión AC-
DC, voltaje, continuidad de circuitos y resistencia, cuenta con pinzas
amperimétricas capaces de medir hasta 400A y es mucho más exacta al
momento de medir bajo los 40A, su exactitud es de 1.8%, con sus cables
extensores puede medir hasta 600V AC-DC. Es una herramienta compacta
ergonómica que cuenta un gran conjunto de funciones útiles para la
comprobación de los valores que vamos a obtener con nuestro prototipo. (Fluke
Corporation, 2014)
Gráfico No. 16. Amperímetro Fluke.
Elaboración: Corporación Fluke
Fuente: Productos Fluke.
Se utilizará este medidor manual que tiene una gran precisión de lectura de
amperaje para realizar la validación de resultados obtenidos por el prototipo
propuesto.
42
HERRAMIENTAS DE DESARROLLO
ARDUINO IDE (ENTORNO INTEGRADO DE DESARROLLO)
En la actualidad se encuentran disponibles dos versiones del IDE: Arduino
Online IDE – Arduino Web Editor y Arduino IDE 1.8.5. En nuestro proyecto
utilizaremos el último antes mencionado debido a la facilidad de trabajo sin
contar con conexión a internet. El Arduino IDE 1.8.5 es la versión de escritorio
más actual del IDE, disponible para Windows, Linux y OS X, escrita en java de
software libre, puede ser usada con cualquier placa de Arduino original y
genérica, a través de él se programa usando lenguaje Processing/Wiring, su
aplicación en la enseñanza es muy extendida por su programación basada en
lenguaje C, estándar, simplificada y de fácil aprendizaje. (Arduino, 2017).
Gráfico No.17. Entorno de desarrollo Arduino IDE
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Impresión de pantalla del componente usado en el diseño.
43
Se usará la herramienta oficial de Arduino para poder escribir las líneas de
código de programación, con las librerías que brindan varias opciones, las que
nos ayudarán a realizar las acciones requeridas por nuestro proyecto.
SQL SERVER 2008 EXPRESS R2
Esta herramienta de (Microsoft, 2017) es un sistema de administración de
edición gratuita, perfecta para crear aplicaciones web de escritorio y servidores
pequeños, tiene un límite de 1 procesador, una base de datos de tamaño
máximo de 10GB y 1GB de memoria. SQL Es una aplicación que nos ayuda a
tener una administración de la información personalizada y organizada, va a
servir para tener un respaldo de la información que se desearía manejar por
medio de la base de datos. Teniendo la información consolidada nos permitirá
realizar consultas de acuerdo la información almacenada.
“Microsoft® SQL Server™ es un sistema de administración y
análisis de bases de datos relacionales de Microsoft para
soluciones de comercio electrónico, línea de negocio y
almacenamiento de datos.” (Microsoft, 2017).
Gráfico No.18. Microsoft SQL Server
Elaboración: Microsoft
Fuente: Foros Microsoft.
44
VISUAL STUDIO 2010
Es un entorno integrado de programación (IDE) de (Microsoft, 2010) donde se
desarrollará la aplicación web de nuestro proyecto. Esta herramienta permite
realizar páginas web usando varios lenguajes de programación, una vez creadas
esas páginas web pueden ser públicas o privadas dependiendo de la necesidad
del desarrollador. En esta página se podrá relacionar información tanto con base
de datos o programas que realicen una actividad específica. Se podrá también
vincular gráficos para que la página sea amigable con el usuario y así poder
interactuar sin problemas.
Gráfico No.19. Microsoft Visual Studio
Elaboración: Microsoft
Fuente: Foros Microsoft.
Microsoft nos dice que:
“Visual Studio es un conjunto completo de herramientas de
desarrollo para la generación de aplicaciones web ASP.NET,
Servicios Web XML, aplicaciones de escritorio y aplicaciones
45
móviles. Visual Basic, Visual C# y Visual C++ utilizan todos el
mismo entorno de desarrollo integrado (IDE), que habilita el uso
compartido de herramientas y facilita la creación de soluciones
en varios lenguajes. Asimismo, dichos lenguajes utilizan las
funciones de .NET Framework, las cuales ofrecen acceso a
tecnologías clave para simplificar el desarrollo de aplicaciones
web ASP y Servicios Web XML.” (Microsoft, 2015).
HTML (HYPERTEXT MARKUP LANGUAGE)
Es un lenguaje de marcado, usado para el desarrollo de páginas web sus siglas
en español significan “Lenguaje de Marcación de Hipertexto”. Debido a la
sencillez de su código puede ser escrito desde un blog de notas, se usa un
conjunto de etiquetas con las que se establecen texto y otros objetos que se
utilizarán en la página web como imágenes, videos, entre otros. La extensión de
los archivos desarrollados en HTML es .htm y .html. Actualmente la última
versión de este es el HTML5, lanzado en octubre del 2014 la cual incorpora
nuevas etiquetas en su programación. (Mozilla Developer, 2017).
ASP.NET
Es un entorno de programación para aplicaciones web desarrollado por
(Microsoft, 2010), que nos permitirá tener un desarrollo web de acuerdo a los
servicios que se desee realizar. Se puede relacionar sin problema con cualquier
código permitido por .NET Framework y es uno de los entornos de programación
que tiene buena comunicación con Visual Studio.
Información general de Asp.Net de Microsoft:
“ASP.NET es un modelo de desarrollo Web unificado que
incluye los servicios necesarios para crear aplicaciones Web
empresariales con el código mínimo. ASP.NET forma parte de
.NET Framework y al codificar las aplicaciones ASP.NET tiene
acceso a las clases en .NET Framework. El código de las
46
aplicaciones puede escribirse en cualquier lenguaje compatible
con el Common Language Runtime (CLR), entre ellos Microsoft
Visual Basic, C#, JScript .NET y J#. Estos lenguajes permiten
desarrollar aplicaciones ASP.NET que se benefician del
Common Language Runtime, seguridad de tipos, herencia, etc.”
(Microsoft, 2017).
SERVIDOR WEB IIS (INTERNET INFORMATION SERVICE)
El IIS o como se lo conoce en idioma español “Servicio de Información de
Internet”, es el servidor que gestiona las páginas de las aplicaciones creadas
bajo los entornos de desarrollo Microsoft. Entre las principales configuraciones
que se pueden realizar en el IIS se encuentran:
Configuración de puerto TCP. A través de este puerto, se comunica el
IIS con las máquinas clientes. Por defecto utilizan el puerto 80, sin
embargo, en ocasiones se necesita cambiar el número de puerto por el
que se requiere que nuestra aplicación salga. La interfaz gráfica del IIS,
permite realizar esta tarea de forma sencilla.
Habilitar funciones SSL. SSL es un protocolo criptográfico que permite
intercambiar información sensible a través de un canal seguro. Cuando
se manejan ciertos datos delicados, la habilitación de este protocolo es
sustancial para que ningún intruso pueda interrumpir o adulterar los
mensajes.
Configuración de página por defecto. Al ser el IIS un gestor de las
páginas de web de los aplicativos que residen en él, a través del mismo
se puede configurar la página de inicio que deseamos que cargue en el
aplicativo cada vez que se acceda a él.
Número máximo de conexiones. Se refiere que a través del IIS, se
puede configurar el número maximo de clientes que se desea limitar para
el acceso a la aplicación de manera simultánea.
Log de aplicaciones. Dentro del IIS existe la opción para habilitar el
registro de las solicitudes http y errores que se pueden presentar en la
aplicación. Por lo general, este registro ayuda al administrador del sitio
47
desde realizar un análisis de estadísticas basadas en este registro, hasta
el análisis de los errores de la aplicación, para proceder a mitigar los
mismos, por lo que representa una gran ayuda para monitorear cualquier
comportamiento anormal que se pueda estar presentando en el
aplicativo.
Configuración de timeout. Este servidor de aplicaciones permite
configurar el tiempo determinado en segundos, que se desea cerrar la
conexión por inactividad del cliente.
Configuración de CPU. Esta funcionalidad del IIS, permite limitar el
ancho de banda, la memoria RAM y la CPU, creando una regla en
servidor.
Seguridad en FTP. Dentro del ISS, podemos configurar el número de
ingresos según los intentos fallidos, permitidos durante un lapso de
tiempo. Esta función permite mantener el acceso a los archivos que se
manejan en una aplicación mucho más seguros.
FUNDAMENTACIÓN LEGAL
El presente trabajo de investigación se basa y se ampara rigorosamente en
procederes y lineamientos de la constitución de la República del Ecuador. En el
decreto ejecutivo No. 1014 de expresidente Economista Rafael Correa Delgado,
como lo indica en el artículo 2, se entiende por software libre a los programas de
computación que se pueden utilizar y distribuir sin restricción alguna. Se
consideran indicaciones en la ley del artículo 17. Donde el estado facilitará el
acceso a las tecnologías de información y comunicación en especial para las
personas y colectividades que carezcan de dicho acceso, solo por la falta de
dinero por comprar aparatos y programas.
En la Constitución de la República del Ecuador, Registro Oficial 449 de 20-oct.-
2008, Última modificación 21-dic.-2015, en el artículo 385, se menciona que el
sistema nación de ciencia, tecnología, innovación y saberes ancestrales, en el
marco del respeto de ambiente hace ver que es importante generar, adaptar y
difundir conocimientos tecnológicos y potenciar los saberes ancestrales y
desarrollar tecnologías e innovación que impulse la producción Nacional a
48
nuevos proyectos que generen la eficiencia y productividad para una mejor
calidad de vida que contribuyen la realización del buen vivir. En este mismo
documento, en el artículo 386, se refiere a programas, recursos o acciones
donde se incorpora a las instituciones del Estado tanto a empresas públicas y
privadas. En el artículo 387, dice que será responsabilidad del Estado, impulsar
los conocimientos donde se pueda promover la producción del conocimiento.
A continuación, citamos literalmente los artículos antes mencionados:
DECRETO EJECUTIVO No. 1014
RAFAEL CORREA DELGADO
EL PRESIDENTE DE LA REPÚBLICA
CONSIDERANDO:
Que el apartado g) del numeral 6 de la carta Iberoamérica de Gobierno
Electrónico, aprobada por el IX conferencia Iberoamericana de Ministros de
administración Pública y Reforma del Estado, realizada en Chile el 1 de Junio de
2007, se recomienda el uso de estándares abiertos y software libre, como
herramientas informáticas
Que es el interés del gobierno alcanzar soberanía y autonomía tecnológica, así
como un significativo ahorro de recursos públicos y que el Software Libre es en
muchas instancias un instrumento para alcanzar estos objetivos;
Que el 18 de Julio Dell 2007 se creó e incorporo a la estructura organiza de la
presidencia de la Republica de la Subsecretaria de Informática, dependiente de
la Secretaria General de la Administración, mediante Acuerdo No. 199 publicado
en el registro oficial No. 193 de 1 de Agosto del 2007.
Que el numeral 1 de artículo 6 del Acuerdo No. 119, faculta a la subsecretaria de
Informática a elaborar y ejecutar planes, programas, proyectos estrategias,
políticas, proyecto de leyes y reglamentos para el uso de Software Libre en las
49
dependencias del Gobierno Central; y; En ejercicio de la atribución que le
confiere el numeral 9 del artículo 171 de la Constitución Política de la Republica;
DECRETA
Artículo 2.- Se entiende por software Libre a los programas de computación que
se pueden utilizar y distribuir sin restricción alguna, que le permitan su acceso a
los códigos fuentes y que sus aplicaciones puedan ser mejoradas. Estos
programas de computación tienen las siguientes libertades:
Utilización del programa con cualquier propósito de uso común.
Distribución sin restricción alguna.
Estudio y modificación del programa (Requisito: código Fuente
disponible).
Publicación del programa mejorado (Requisito: código Fuente disponible).
Artículo 17: El Estado facilitará el acceso a las tecnologías de información y
comunicación en especial para las personas y colectividades que carezcan de
dicho acceso o lo tengan en forma limitada. Habla de un acceso universal donde
la brecha tecnológica es profunda, no solo por la falta de dinero para comprar los
aparatos y los programas, sino sobre todo por la generalizada incapacidad de
usarlos para una real comunicación. Todo esto, con una tecnología que cambia
constantemente y a buen ritmo.
LEY DE PROPIEDAD INTELECTUAL
Título Preliminar
Art.1. El Estado reconoce, regula y garantiza la propiedad intelectual adquirida
de conformidad con la ley, las Decisiones de la Comisión de la Comunidad
Andina y los convenios internacionales vigentes en el Ecuador.
La propiedad intelectual comprende:
1. Los derechos de autor y derechos conexos.
50
2. La propiedad industrial, que abarca, entre otros elementos, los siguientes:
a) Las invenciones;
b) Los dibujos y modelos industriales;
c) Los esquemas de trazado (topografías) de circuitos integrados;
d) La información no divulgada y los secretos comerciales e industriales;
e) Las marcas de fábrica, de comercio, de servicios y los lemas comerciales;
f) Las apariencias distintivas de los negocios y establecimientos de
comercio;
g) Los nombres comerciales;
h) Las indicaciones geográficas; e,
i) Cualquier otra creación intelectual que se destine a un uso agrícola,
industrial o comercial.
3. Las obtenciones vegetales.
Las normas de esta Ley no limitan ni obstaculizan los derechos consagrados por
el Convenio de Diversidad Biológica, ni por las leyes dictadas por el Ecuador
sobre la materia.
SECCIÓN II
OBJETO DEL DERECHO DE AUTOR
Art. 8. La protección del derecho de autor recae sobre todas las obras del
ingenio, en el ámbito literario o artístico, cualquiera que sea su género, forma de
expresión, mérito o finalidad. Los derechos reconocidos por el presente Título
son independientes de la propiedad del objeto material en el cual está
incorporada la obra y su goce o ejercicio no están supeditados al requisito del
registro o al cumplimiento de cualquier otra formalidad.
Las obras protegidas comprenden, entre otras, las siguientes:
a) Libros, folletos, impresos, epistolarios, artículos, novelas, cuentos,
poemas, crónicas, críticas, ensayos, misivas, guiones para teatro,
cinematografía, televisión, conferencias, discursos, lecciones, sermones,
51
alegatos en derecho, memorias y otras obras de similar naturaleza,
expresadas en cualquier forma;
b) Colecciones de obras, tales como antologías o compilaciones y bases de
datos de toda clase, que por la selección o disposición de las materias
constituyan creaciones intelectuales, sin perjuicio de los derechos de
autor que subsistan sobre los materiales o datos;
c) Obras dramáticas y dramático musicales, las coreografías, las
pantomimas y, en general las obras teatrales;
d) Composiciones musicales con o sin letra;
e) Obras cinematográficas y cualesquiera otras obras audiovisuales;
f) Las esculturas y las obras de pintura, dibujo, grabado, litografía y las
historietas gráficas, tebeos, comics, así como sus ensayos o bocetos y
las demás obras plásticas;
g) Proyectos, planos, maquetas y diseños de obras arquitectónicas y de
ingeniería;
h) Ilustraciones, gráficos, mapas y diseños relativos a la geografía, la
topografía, y en general a la ciencia;
i) Obras fotográficas y las expresadas por procedimientos análogos a la
fotografía;
j) Obras de arte aplicada, aunque su valor artístico no pueda ser disociado
del carácter industrial de los objetos a los cuales estén incorporadas;
k) Programas de ordenador; y,
l) Adaptaciones, traducciones, arreglos, revisiones, actualizaciones y
anotaciones; compendios, resúmenes y extractos; y, otras
transformaciones de una obra, realizadas con expresa autorización de los
autores de las obras originales, y sin perjuicio de sus derechos.
Sin perjuicio de los derechos de propiedad industrial, los títulos de programas y
noticieros radiales o televisados, de diarios, revistas y otras publicaciones
periódicas, quedan protegidos durante un año después de la salida del último
número o de la comunicación pública del último programa, salvo que se trate de
publicaciones o producciones anuales, en cuyo caso el plazo de protección se
extenderá a tres años.
52
CONSTITUCIÓN DE LA REPUBLICA DEL ECUADOR
Decreto Legislativo 0
Registro Oficial 449 de 20-oct.-2008
Última modificación: 21-dic.-2015
Estado: Vigente
Art. 385.- El sistema nacional de ciencia, tecnología, innovación y saberes
ancestrales, en el marco del respeto al ambiente, la naturaleza, la vida, las
culturas y la soberanía, tendrá como finalidad:
1. Generar, adaptar y difundir conocimientos científicos y tecnológicos.
2. Recuperar, fortalecer y potenciar los saberes ancestrales.
3. Desarrollar tecnologías e innovaciones que impulsen la producción
Nacional, eleven la eficiencia y productividad, mejoren la calidad de Vida
y contribuyan a la realización del buen vivir.
Art. 386.- El sistema comprenderá programas, políticas, recursos, acciones, e
incorporará a instituciones del Estado, universidades y escuelas politécnicas,
institutos de investigación públicos y privados, empresas públicas y privadas,
organismos no gubernamentales y personas naturales o jurídicas, en tanto
realizan actividades de investigación, desarrollo tecnológico, innovación y
aquellas ligadas a los saberes ancestrales.
El Estado, a través del organismo competente, coordinará el sistema,
establecerá los objetivos y políticas, de conformidad con el Plan Nacional de
Desarrollo, con la participación de los actores que lo conforman.
Art. 387.- Será responsabilidad del Estado:
Facilitar e impulsar la incorporación a la sociedad del conocimiento para
alcanzar los objetivos del régimen de desarrollo.
Promover la generación y producción de conocimiento, fomentar la
investigación científica y tecnológica, y potenciar los saberes ancestrales,
para así contribuir a la realización del buen vivir, al sumak kausay.
53
Asegurar la difusión y el acceso a los conocimientos científicos y
tecnológicos, el usufructo de sus descubrimientos y hallazgos en el
marco de lo establecido en la Constitución y la Ley.
Garantizar la libertad de creación e investigación en el marco del respeto
a la ética, la naturaleza, el ambiente, y el rescate de los conocimientos
ancestrales.
Reconocer la condición de investigador de acuerdo con la Ley.
Art. 388.- El Estado destinará los recursos necesarios para la investigación
científica, el desarrollo tecnológico, la innovación, la formación científica, la
recuperación y desarrollo de saberes ancestrales y la difusión del conocimiento.
Un porcentaje de estos recursos se destinará a financiar proyectos mediante
fondos concursales. Las organizaciones que reciban fondos públicos estarán
sujetas a la rendición de cuentas y al control estatal respectivo.
Art. 424.- La Constitución es la norma suprema y prevalece sobre cualquier otra
del ordenamiento jurídico. Las normas y los actos del poder público deberán
mantener conformidad con las disposiciones constitucionales; en caso contrario
carecerán de eficacia jurídica.
La Constitución y los tratados internacionales de derechos humanos ratificados
por el Estado que reconozcan derechos más favorables a los contenidos en la
Constitución, prevalecerán sobre cualquier otra norma jurídica o acto del poder
público.
Según el reglamento de la Investigación Científica y Tecnológica de la
Universidad de Guayaquil 2011
Título Preliminar
Disposiciones Fundamentales
Objetivo De La Investigación Científica Y
Tecnológica
Artículo 1.- Los objetivos de la investigación en la Universidad de Guayaquil
están concebidos como parte de un proceso de enseñanza único, de carácter
54
docente-investigativo, orientado según norma el Estatuto Orgánico, para permitir
el conocimiento de la realidad nacional y la creación de ciencia y tecnología,
capaces de dar solución a los problemas del país. Las investigaciones dirigidas a
la comunidad tienen por finalidad estimular las manifestaciones de la cultura
popular, mejorar las condiciones intelectuales de los sectores que no han tenido
acceso a la educación superior; la orientación del pueblo frente a los problemas
que lo afectan; y la prestación de servicios, asesoría técnica y colaboración en
los planes y proyectos destinados a mejorar las condiciones de vida de la
comunidad.
Capítulo IV, Coordinación De Investigación De Las Unidades Académicas
Artículo 14.- Las unidades académicas son responsables de la labor
investigativas de sus profesores (as) en Investigadores (as), y trabajaran por
lograr la mayor integración posible de los proyecto de investigación a las
necesidades del desarrollo científico y metodológico del pregrado y el postgrado,
y a los fines de la formación integral y profesional de sus docentes y alumnos.
PREGUNTAS CIENTÍFICA A CONTESTARSE
¿Cuál es el beneficio de implementar un monitoreo perenne de consumo de
energía eléctrica en la empresa Pymes?
¿Cuál será el impacto en el consumo de energía eléctrica de la empresa Pymes,
al establecer una automatización de ciertas áreas?
DEFINICIONES CONCEPTUALES
Energía: Es el movimiento de corriente por medio de un cable conductor
metálico a resultado elemento de generador potencial. Se mide en julios.
(Verger, 2017).
Kilovatios Hora: Es la cantidad de energía eléctrica consumida por una
potencia. 1 kilovatio durante 1 hora. Su abreviatura es kWh. (Definiciones y
traducciones, s.f.).
55
Medición: Valor o resultado de la acción de medir. (Conceptos y definiciones,
2015).
Automatismo: Es la ejecución de un proceso/funcionamiento realizado por un
dispositivo/mecanismo por sí mismo sin la intervención de algún agente exterior.
(De Conceptos, s.f.).
Innovación: Es modificar o crear para mejorar un servicio/producto para su
inclusión al mercado. (Significados, s.f.).
Electrónica: Es el Área donde se contempla a las ciencias de la ingeniera y la
física, la cual se aplica a lo referente al diseño y aplicación de un dispositivo, por
lo que está integrado a los circuitos eléctricos, que genera la trasmisión y
recepción de la información. (Ingeniería Electrónica, 2015).
Amperímetro: Dispositivo el cual tiene la capacidad de medir una corriente
eléctrica. La medida que más se utiliza es la de unidades de amperios, para
realizar estudios de las cargas de corriente eléctrica que ingresa a un dispositivo
o área. (Ingeniería Electrónica, 2016).
Corriente Eléctrica: Es la carga eléctrica equivalente de conductores donde el
total de electricidad determinada por un conductor y la unidad es el sistema
internacional es el amperio. (Física-Lab, s.f.).
Chip: Es un pequeño fragmento de material de semiconductor que domina
varios circuitos integrados, los cuales plasman un números de funciones de
computadoras y módulos electrónicos. (Significados, s.f.).
Circuitos eléctricos: Es el camino por donde la corriente eléctrica se traslada
por medio de conductores y en la cual se envía flujos de cargas, potencial,
voltaje y tensión. (Ingeniería Electrónica, 2015).
Monocromática: Palabra compuesta, de las palabras mono- y cromático. De un
solo color o pigmento. (The Free Dictionary, s.f.).
56
Amperio: Unidad de medida para la intensidad de la corriente eléctrica, su
símbolo es A. (Conceptos y definiciones, 2015).
Sumak kausay: Se refiere a discursos políticos de agrupaciones indígenas del
continente latinoamericano, en especial al movimiento indígena del Ecuador, que
la noción esta traducida como “Buen Vivir”. (El Telégrafo, 2013).
Metodología: Es un conjunto de métodos, categorías, leyes y procedimientos
que orientan los esfuerzos de la investigación hacia la solución de los problemas
científicos con un máximo de eficiencia. (Significados, s.f.).
Datos: Conjunto de propiedades que caracterizan a la realidad que deseamos
estudiar o fenómeno. (Conceptos y definiciones, 2015).
Open source: Es una expresión de la lengua inglesa que pertenece al ámbito de
la informática. Aunque puede traducirse como “fuente abierta”, suele emplearse
en nuestro idioma directamente en su versión original, sin su traducción
correspondiente. (Pérez & Gardey, 2014).
Pyme: Es el acrónimo de pequeña y mediana empresa. Se trata de la empresa
mercantil, industrial o de otro tipo que tiene un número reducido de trabajadores
y que registra ingresos moderados: “Mi padre trabaja en una Pyme”, “Osvaldo
comenzó con una Pyme y hoy es el dueño de una cadena nacional”. (Definición,
2017).
57
CAPÍTULO III
PROPUESTA TECNOLÓGICA
El proyecto está basado en solucionar los problemas que se tienen por la falta
de análisis del consumo y control de energía eléctrica, donde con nuestra
herramienta el usuario/administrador podrá realizar un análisis en base a los
reportes obtenidos por la aplicación web y así luego del análisis, se podrían
tomar medidas correctivas que ayuden a disminuir el consumo energético. En la
aplicación web se podrá observar las potencias máximas de carga que se ha
utilizado en un periodo de tiempo seleccionado, de acuerdo a los artefactos
conectados. Además tener una automatización de ciertos circuitos eléctricos,
llegando a tener un control horario de circuitos específicos para evitar el
consumo innecesario en áreas no ocupadas.
Para el desarrollo del proyecto se ha elaborado una página web donde se podrá
monitorear, sacar reportes históricos, debido a que el prototipo se conecta a una
base de datos mediante la aplicación web donde se van registrando todas las
mediciones de los sensores. Es amigable y de fácil entendimiento para el usuario
básico y es un control óptimo para empresas Pymes. Está orientado para que el
aplicativo sea usado por el administrador de la empresa Pyme, que es el
encargado generalmente de realizar los análisis.
En la implementación de la herramienta se logrará tener la información
organizada y controlada de los parámetros de consumo de energía eléctrica. La
cual son datos tomados de nuestro prototipo para verificar la variación de los
consumos de energía eléctrica de nuestros circuitos electrónicos. Nuestra
solución facilitará el trabajo de análisis con la información suministrada por la
aplicación web.
58
Análisis de factibilidad
Se debió presentar la factibilidad, la validez operativa y la calidad para la
ejecución de los programas y actividades, que se proponen. Fue factible dado el
caso de que la adquisición de las herramientas de diseño y programación tanto
del aplicativo web y del prototipo Arduino son de licencia de software libre y
además los costos de las placas Arduino son bajos en comparación con otras
placas similares, haciendo que nuestro aplicativo web y prototipo sean de bajo
costo comparados con los sistemas actuales de comunicación interpersonal que
existen en muchas empresas.
Este proyecto es de mucha ayuda para la sociedad y el buen vivir, ya que va a
sembrar conciencia en las personas sobre el ahorro de energía, la eficiencia
energética y haciendo que las personas cuiden más el gasto de energía eléctrica
evitando tener encendidos luces o aparatos eléctricos cuando no se estén
utilizando, para que el consumo de energía eléctrica innecesario no se vea
reflejado en las planillas de electricidad, haciendo esto que exista un ahorro
económico considerable gracias al haber realizado el análisis correspondiente
por el aplicativo web y el prototipo realizado. Este aplicativo que es de mucha
ayuda puede ser manejado sin problemas por estudiantes, trabajadores de las
empresas Pymes, servirá para realizar análisis de fácil entendimiento.
Factibilidad Operacional
Esta factibilidad se basa en las probabilidades de poner en ejecución el sistema
propuesto, considerando los beneficios que este da a los usuarios, tomando en
cuenta el costo – beneficio, la necesidad de dar una nueva herramienta de
apoyo a los sistemas actuales, el cual cuenta con monitoreo de consumo de
energía y control de circuitos eléctricos. Nuestro aplicativo web es de fácil uso y
amigable con el usuario, tiene reportes de lo almacenado por el prototipo en la
base de datos, siendo estos de gran ayuda para realizar análisis y así contribuir
con el ahorro de consumo de energía eléctrica mitigando gastos para empresas
Pymes.
59
Algo considerable de este proyecto es que ayuda a las
personas/usuarios/administradores que desconocen como calcular el consumo
de energía eléctrica para mitigar los altos consumos de energía eléctrica. Con
nuestra herramienta se automatiza el proceso de lectura de consumo y también
reportes para que el administrador realice el análisis y así poder tomar
decisiones sobre el consumo de energía eléctrica, adicional automatizar
controles de circuitos eléctricos. Generalmente el administrador carece de
tiempo para realizar análisis y llevar un control de los consumos de energía
eléctrica.
Factibilidad técnica
En forma general se habla de los diferentes componentes utilizados para la
ejecución del aplicativo web, dado que se necesita instalar y configurar en un
computador que permita cargar los componentes a utilizar para el óptimo
funcionamiento del aplicativo web en conjunto con el prototipo.
Hardware:
Tanto para realizar la implementación de nuestro aplicativo web como para el
usuario se necesita un equipo con las siguientes características:
Mínimo 1GB de RAM (se recomiendan 2GB o más)
50GB libres de disco duro
Procesador de 1.4 GHz o superior
Conexión de red local
Para el prototipo se necesita:
Arduino Mega 2560 Rev. 3
Arduino Ethernet Shield W5100
Arduino Energy Monitoring Shield V2.
Módulo de 2 relés.
2 Sensores SCT-030-000.
Pantalla LCD Nokia 5110.
60
Cables conectores.
Adaptador de corriente 9V.
Cable de red.
Software:
El software que se necesita para el servidor web es:
Base de datos (Microsoft SQL Express 2008 R2)
Sistema Operativo (Windows 10)
Explorador Chrome/Firefox (para mejor rendimiento)
Arduino IDE
El software al ser un aplicativo web para los usuarios es básico solo se necesita:
Sistema Operativo (Windows 10)
Explorador Chrome/Firefox (para mejor rendimiento)
Factibilidad Legal
Se utilizó herramientas open Source, con lo cual no se viola ninguna de las leyes
mencionadas en el Capítulo II, ya que las herramientas utilizadas son de libre
uso y distribución. Estas herramientas libres son de mucha ayuda para el buen
vivir y son promotoras de proyectos tecnológicos innovadores, ayudando a la
sociedad. Gracias a esto y a nuestro proyecto el ahorro energético de empresas
Pymes se puede realizar a bajo costo, como nuestro aplicativo web y prototipo
fueron realizados con estas herramientas de código abierto y libre distribución no
habrá problemas legales en su ejecución y comercialización.
Factibilidad Económica
Se puede indicar que para el desarrollo de nuestro proyecto se realizaron las
siguientes inversiones detalladas en los siguientes cuadros, se empezara
mostrando el cuadro de inversión humana donde se consideran a los
desarrolladores e implementadores del proyecto:
61
Cuadro N. 6
Cuadro de inversión humana.
Recurso Cantidad ($)Total
Equipo de desarrollo (3 meses) 2 3000.00
Total 3000.00
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
En el cuadro de inversión de hardware están los valores del equipo que funciona
como servidor web y del prototipo que se va utilizar:
Cuadro N. 7
Cuadro de inversión de hardware.
Recurso Cantidad ($)Total
Computador 1 500.00
Arduino Mega 2560 1 45.00
Arduino Ethernet Shield 1 20.00
Arduino Energy Monitoring Shield V2 1 20.00
Módulo de relés 1 7.00
Sensor SCT-030-000 2 16.00
Cables conectores 20 2.00
Caja Acrílica para prototipo 1 50.00
Mostrador para prototipo 1 40.00
Total 700.00
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Dado que las aplicaciones utilizadas para realizar nuestro proyecto son de libre
distribución tendrán costo $0, las detallaremos a continuación:
Cuadro N. 8
Cuadro de inversión de software.
Recurso Cantidad ($)Total
Microsoft Visual Studio 2010 1 0.00
Base de datos Microsoft SQL Express 1 0.00
62
Arduino IDE 1 0.00
Total 0.00
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Para finalizar en el anterior cuadro tenemos el valor total del proyecto, el cual
contiene todas las inversiones realizadas y valores varios:
Cuadro N. 9
Cuadro de inversión resumen de costos.
Recurso Cantidad ($)Total
Inversión de humana 1 3000.00
Inversión de hardware 1 700.00
Inversión software 1 0.00
Movilización 1 100.00
Total 3800.00
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
ETAPAS DE LA METODOLOGÍA DEL PROYECTO
La metodología utilizada para el desarrollo ágil de la propuesta es SCRUM. Esta
metodología, nos permitió desarrollar el proyecto de manera veloz y flexible, a su
vez dio apertura a la adaptación de funcionabilidades a través de su desarrollo
iteractivo, para así entregar un producto con más valor y calidad para el usuario
final.
“La metodología SCRUM valora mucho más un software funcionando,
en lugar de la extensa documentación.” (Menzinsky, López, & Palacio,
2016).
A continuación, se detallan la documentación necesaria, generada en las etapas
del desarrollo de la propuesta.
63
DEFINICIÓN DE ROLES
Los siguientes son los roles que desempeñan los participantes del proyecto
propuesto:
Propietario del producto. Persona encargada de proporcionar las
funcionabilidades que se requieren para el desarrollo del sistema. El Ing.
Juan Sánchez Holguín, tutor principal del proyecto de titulación es el
encargado de ejercer estas funciones.
Scrum master. Es la persona que tiene por función dar el seguimiento
respectivo al proyecto, generar observaciones y guiar al autor del
proyecto, con el objetivo de que todos los objetivos se cumplan
correctamente. Las personas encargadas en desempeñar estas
funciones son los autores del presente trabajo de titulación, el Sr.
Jegnner Paul Valverde Mejía y el Sr. Gustavo Adolfo Noboa Franco.
Equipo de desarrollo. Es el equipo de trabajo que es encargado del
desarrollo de la propuesta. Las personas encargadas en desempeñar
estas funciones son los autores del presente trabajo de titulación, el Sr.
Jegnner Paul Valverde Mejía y el Sr. Gustavo Adolfo Noboa Franco.
LISTA DE OBJETIVOS (PRODUCT BACKLOG)
En esta etapa se documenta en una lista ordenada, que representa la visión y
expectativas del cliente respecto a los objetivos y entregas del proyecto. Se
encuentra escrito en lenguaje de usuario, tal como lo indica el formato de la
metodología Scrum. En la siguiente tabla se asigna un identificador de
requerimiento, la prioridad, el título y la asignación.
Cuadro N. 10
Lista de gestión de requerimientos (Product Backlog).
ID Titulo Asignación Prioridad Detalle
T001 Diseño de
funcionamiento del proyecto.
Jegnner Valverde
30
Realización de diseño del funcionamiento total del proyecto.
64
T002 Diseño de prototipo. Jegnner Valverde
20
Realización de diseño de hardware del prototipo.
T003 Ensamblaje y conexión
de piezas Arduino. (Prototipo)
Jegnner Valverde
10
Ensamblaje de placas Arduino y conexionado de pantallas y relé.
T004 Programación básica de parámetros generales.
(Prototipo)
Gustavo Noboa
10
Programación de prototipo con parámetros básicos como ID, IP, MAC, etc.
T005 Desarrollo de función de
lectura de sensores. (Prototipo)
Gustavo Noboa
10
Desarrollo de función que lee datos de los sensores del prototipo.
T006 Desarrollo de función para mostrar datos en pantalla. (Prototipo)
Gustavo Noboa
10
Desarrollo de función que muestra en pantalla los datos obtenidos por los sensores.
T007 Diseño y creación de
base de datos. Jegnner Valverde
30
Diseño de modelo entidad relación y creación de la base de datos.
T008 Diseño y creación de pantallas. (aplicación
web)
Jegnner Valverde
10 Diseño de pantallas de la aplicación.
T009
Creación de páginas Aspx de enlace
Arduino/BD lectura/escritura. (aplicación web)
Jegnner Valverde
10
Creación de páginas que actúan de intermediarias entre el prototipo y la base de datos.
T010 Desarrollo de función de escritura en la base de
datos. (Prototipo)
Gustavo Noboa
20
Desarrollo de función que escribe en la base de datos.
T011 Desarrollo de función de
lectura de base de datos. (Prototipo)
Gustavo Noboa
20
Desarrollo de función de lectura de estados de control en base de datos por el prototipo.
T012 Pruebas entre prototipo
y base de datos Jegnner Valverde
20 Pruebas de funcionamiento de
65
mediante la aplicación web.
lectura y escritura en Base de datos por el prototipo.
T013 Programación de hilos y optimización de código
fuente. (Prototipo)
Gustavo Noboa
20
Programación de hilos para control de tiempo de tareas del dispositivo y optimización de código fuente.
T014
Diseño de case (estructura) y
presentación final. (Prototipo)
Jegnner Valverde
20
Diseño de estructura acrílica y montaje del prototipo en case.
T015 Calibración de sensores
y ajustes finales. (Prototipo)
Jegnner Valverde
20
Calibración de sensores para el correcto funcionamiento y ajustes finales del prototipo.
T016 Pruebas del prototipo. Jegnner Valverde
10 Pruebas de funcionamiento del prototipo.
T017 Desarrollo de página de
configuración. (Aplicación web)
Gustavo Noboa
20 Programación de página web de configuraciones.
T018 Desarrollo de página de
actividad. (Aplicación web)
Gustavo Noboa
20
Programación de reportes de corriente y potencia.
T019 Desarrollo de página de
medición de energía. (Aplicación web)
Gustavo Noboa
20 Programación de reporte de kilovatios/hora.
T020 Desarrollo de página de control de dispositivos.
(Aplicación web)
Jegnner Valverde
20
Programación de la página de control, con control manual y horario.
T021 Agregar características
de seguridad. (Aplicación web)
Gustavo Noboa
30
Creación de usuarios, programación de sesiones, diseño y programación de roles.
T022
Puesta en marcha de inicio de sesión de
usuarios. (Aplicación web)
Jegnner Valverde
10 Programación de la página de inicio de sesión.
T023 Encriptación de
contraseñas. Gustavo Noboa
30 Encriptación de contraseñas para
66
(Aplicación web) seguridad de usuarios.
T024 Pruebas de la
aplicación web. Gustavo Noboa
10
Realización de pruebas de funcionabilidad de página web.
T025 Pruebas y ajustes
finales entre prototipo y aplicación web.
Jegnner Valverde
30
Realización de pruebas de funcionamiento completo del proyecto.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
PLANIFICACIÓN DE SPRINTS
Posteriormente a la definición de la lista de objetivos (Product Backlog), se
procede a definir el tiempo de duración de cada Sprint el cual para este proyecto
será de 3 semanas, con lo cual se puede conocer que el número de Sprints a
realizarse serán 3.
SPRINT 1
LISTA DE OBJETIVOS SPRINT 1 (SPRINT BACKLOG 1)
En el siguiente cuadro especificamos la lista de objetivos a cumplirse en el Sprint
1, también se observa la estimación en horas de las tareas a realizarse. Este
Sprint cuenta con 200 SP (Story Points) los cuales están divididos entre las
tareas asignadas.
Cuadro N. 11
Lista de objetivos Sprint 1. (Sprint Backlog 1)
ID Titulo Asignación Detalle Estimación
en horas
T001 Diseño de
funcionamiento del proyecto.
Jegnner Valverde
Realización de diseño de funcionamiento total del proyecto.
5
T002 Diseño de prototipo.
Jegnner Valverde
Realización de diseño de hardware del prototipo.
5
67
T003
Ensamblaje y conexión de
piezas Arduino. (Prototipo)
Jegnner Valverde
Ensamblaje de placas Arduino y conexionado de pantallas y relé.
5
T004
Programación básica de
parámetros generales. (Prototipo)
Gustavo Noboa
Programación de prototipo con parámetros básicos como ID, IP, MAC, etc.
3
T005
Desarrollo de función de lectura de sensores. (Prototipo)
Gustavo Noboa
Desarrollo de función que lee datos de los sensores del prototipo.
5
T006
Desarrollo de función para
mostrar datos en pantalla. (Prototipo)
Gustavo Noboa
Desarrollo de función que muestra en pantalla los datos leídos por los sensores.
5
T007 Diseño y
creación de base de datos.
Jegnner Valverde
Diseño de modelo entidad relación y creación de la base de datos.
6
T008
Diseño y creación de pantallas.
(Aplicación web)
Jegnner Valverde
Diseño de pantallas de la aplicación.
6
T009
Creación de páginas Aspx de
enlace Arduino/BD
lectura/escritura. (Aplicación web)
Jegnner Valverde
Creación de páginas que actúan de intermediarias entre el prototipo y la base de datos.
6
T010
Desarrollo de función de
escritura en la base de datos.
(Prototipo)
Gustavo Noboa
Desarrollo de función que escribe en la base de datos.
3
T011
Desarrollo de función de
lectura de base de datos. (Prototipo)
Gustavo Noboa
Desarrollo de función de lectura de estados de control en base de datos por el prototipo.
3
T012
Pruebas entre prototipo y base
de datos mediante la
aplicación web.
Jegnner Valverde
Pruebas de funcionamiento de lectura y escritura en Base de datos por el prototipo.
2
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
68
DESARROLLO SPRINT 1
Diseño de funcionamiento del proyecto.
En el siguiente gráfico se mostrará el funcionamiento del sistema propuesto junto
con el prototipo:
Gráfico No. 20. Diagrama de funcionamiento de la herramienta.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
De acuerdo al grafico anterior se realiza un esquema operativo general de la
solución propuesta, con el fin de facilitar el desarrollo del mismo. Observaremos
que en un entorno de red local estarán conectados nuestro servidor web y
nuestro prototipo, donde el usuario puede acceder a la aplicación web mediante
un navegador de páginas web desde cualquier dispositivo que esté conectado a
69
la misma red. . El prototipo se comunica con el servidor web de manera invisible
para el usuario, haciendo que él solo vea el entorno del aplicativo web.
El siguiente gráfico muestra el esquema operativo general del sistema
propuesto:
Gráfico No.21. Esquema operativo general.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Para explicar mejor el flujo de la información de nuestro proyecto en base al
esquema operativo general se ha realizado un gráfico en el cual, se observa
que:
70
El (1) es la entrada de datos de los sensores hacia el almacenamiento en el
servidor web, este flujo inicia con el sensor que lee datos de los cables del panel
eléctrico. Los datos entran al prototipo a través de la placa Energy Monitoring
Shield, se procesan en el Arduino Mega y sale del prototipo por el Ethernet
Shield, viaja a través de la red LAN hacia el servidor web, donde una página
ASPX procesa los datos para así almacenarlos en la base de datos.
La entrada (2) es llamada procesamiento, inicia desde el prototipo, donde este
solicita información de estado de sus relé (los cuales realizan el control de
circuitos eléctricos), esta solicitud sale por la Ethernet Shield hacia la red LAN
para comunicarse con el servidor web, el cual recepta la consulta con una página
ASPX, la misma que se comunica con la base de datos procesando la consulta y
devolviendo los datos de los estados de los relés por medio de la misma página
ASPX hacia el prototipo por la red LAN hacia la Ethernet Shield del prototipo. El
Arduino Mega procesa la respuesta de estados y los ejecuta, haciendo que el
módulo de relés se active o no dependiendo del su estado.
La entrada (3) se la ha llamado salida, son las consultas hechas por el usuario.
Esta entrada inicia a través de un navegador de un computador hacia la red
LAN, se comunica con el servidor web que procesa las consultas del usuario,
dependiendo de ello se emite una respuesta hacia el usuario, ya sea de
visualización de reportes de la base de datos o de ejecución de alguna acción
con el prototipo. A continuación, el gráfico:
71
Gráfico No.22. Flujo del esquema operativo general.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Diseño de prototipo.
Se realizó el diseño del prototipo el cual podremos observar en el diagrama
unifilar, el cual se encuentra en el Anexo 4. En el siguiente grafico se observa el
esquema de diseño del prototipo:
72
Gráfico No.23. Esquema de diseño del prototipo.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
En el grafico anterior podemos observar el funcionamiento del prototipo con sus
diferentes placas, sensores y actuadores, tal como será ensamblado.
Ensamblaje y conexión de piezas Arduino. (Prototipo)
El prototipo fue realizado en Arduino y cuenta con 5 placas:
Arduino Mega.- Placa base que lleva toda la programación y realiza el
procesamiento general del prototipo.
Arduino Ethernet Shield.- Placa de expansión que realiza la conexión de
red y el envío de la información a través del puerto Ethernet.
Arduino Energy Monitoring Shield.- Placa de expansión que realiza el
procesamiento de los datos recopilados por los sensores.
73
Módulo de relés.- Actúan como interruptores de los circuitos.
Pantalla LCD Nokia 5100.- Muestra las lecturas de corriente en tiempo
real del prototipo
Adicionalmente el prototipo cuenta con 2 sensores SCT-030-000 que se
conectan a la placa Arduino Energy Monitoring Shield por su conector tipo jack
de 3.5mm y estos funcionan transformando la corriente leída por el sensor a un
voltaje adecuado para ser procesado por la placa Arduino.
El ensamblaje se realizó ubicando la placa de Arduino Mega como placa base
inferior, sobre esta se montó la placa Arduino Ethernet Shield y al final sobre
esta última se montó la placa Arduino Energy Monitoring Shield, las placas tanto
del módulo de relés como de la pantalla van conectadas vía cables a la placa
Arduino Mega. La comunicación entre el prototipo y la base de datos es vía
Ethernet a través de la aplicación web, el prototipo realiza el llamado a una
página ASPX que lee o escribe en la base de datos según lo requiera el
prototipo. La programación del sketch del prototipo está realizada en hilos lo que
da la posibilidad de que las funciones internas de él se realicen en tiempos
diferentes, tales como leer o escribir en la base de datos.
Diseño y creación de base de datos.
Con respecto a la base de datos, se realizó el diseño en base a las necesidades
de la aplicación web, usuario y prototipo la configuración de la base de datos en
Microsoft SQL Express, para mayor detalle revisar el diagrama entidad relación
en el Anexo 2. Para el actual proyecto se ha propuesto tener un estimado de 15
meses de datos en registros, estimando que al cumplirse el mes 15 se realice un
proceso de mantenimiento que archive los últimos 3 meses dejando 12 meses
efectivos en registros. Con esto aseguramos tener un periodo anual de lecturas
guardadas para análisis. Este tiempo está configurado previamente en el
prototipo y para determinar el periodo de tiempo en el que el dispositivo hará las
escrituras en la base de datos de las lecturas hechas por los sensores debemos
saber que tenemos las siguientes limitantes:
Se quiere almacenar información en la base de datos de hasta 15 meses.
74
Tenemos un tamaño máximo en la base de datos de 10GB.
El prototipo inserta datos en una fila que tiene 15 columnas.
Este cálculo solo es referencial, detallaremos los valores de cada columna para
saber el valor de un registro (fila), los valores fueron obtenidos de la página
oficial de Microsoft SQL Server:
1 Uniqueidentifider de 16 bytes.
10 Float de 8 bytes cada uno.
1 Int: 4 bytes.
1 Varchar (15) de 15 bytes.
1 Datetime de 8 bytes.
1 Bit de 1 byte
Realizada la sumatoria tenemos un total de 124 bytes por registro, aproximando
que tenemos una holgura para almacenamiento de 8GB (8589934592 Bytes)
para registros de lecturas del prototipo, podremos realizar el siguiente cálculo
aproximado:
Registros por bytes = 124 / 8589934592 = 68273666.06 Registros/bytes
Como el periodo de tiempo que se quiere almacenar es de 15 meses (648000
minutos), solo dividimos el número de registros por el tiempo de almacenamiento
y así tendremos el número máximo de registros que podremos hacer cada
minuto:
Registros/Bytes por minuto = 68273666.06 (Registros/bytes) / 648000 (min) =
106.903806 Registros/Bytes por minuto.
Teniendo esto en cuenta este resultado se puede validar que al realizar un
registro por minuto no habrá inconvenientes a futuro con el almacenamiento de
la base de datos y es viable para efectos de análisis de consumo de energía
eléctrica.
75
Diseño y creación de pantallas. (Aplicación web)
Se crearon varias pantallas las cuales van a ser descritas a continuación:
El menú de actividad, es un área de trabajo que tiene los accesos a los
otros menús. El menú de actividad es donde se visualizan los gráficos de
barras y reportes en base a un rango de fechas seleccionadas por el
usuario, donde se observan los reportes de lo general a lo específico, se
visualizan reportes de los dos sensores del medidor prototipo, los
reportes estarán mostrados en base al tiempo establecido. En el
siguiente gráfico se observa el contenido del menú.
Gráfico No.24. Página de Menú de actividad.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Menú de control, aquí se realiza el control de circuitos eléctricos, el
prototipo realizado cuenta con dos controles de circuitos, tiene botones
que son controles manuales y un programador de horarios de encendido
y apagado de los mismos. Podremos visualizarlo en el siguiente gráfico.
76
Gráfico No.25. Página de menú de control.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Con el prototipo funcionando, la base de datos creada y las páginas de enlace
de la aplicación web entre el prototipo y la base de datos. Se realizaron las
primeras pruebas, obteniendo resultados satisfactorios. Se cumplió
correctamente con los tiempos propuestos y con los puntos de historia para
continuar con el siguiente Sprint.
SPRINT 2
LISTA DE OBJETIVOS SPRINT 2 (SPRINT BACKLOG 2)
En el siguiente cuadro especificamos la lista de objetivos a cumplirse en el Sprint
2, también se observa la estimación en horas de las tareas a realizarse. Este
Sprint cuenta con 150 SP (Story Points) que están distribuidos entre las tareas.
Cuadro N. 12
Lista de objetivos Sprint 2.
ID Titulo Asignación Detalle Estimación
en horas
T013 Programación de
hilos y optimización de código fuente.
Gustavo Noboa
Programación de hilos para control de tiempo de tareas del
3
77
(Prototipo) dispositivo y optimización de código fuente.
T014
Diseño de case (estructura) y
presentación final. (Prototipo)
Jegnner Valverde
Diseño de estructura acrílica y montaje del prototipo en case.
5
T015 Calibración de
sensores y ajustes finales. (Prototipo)
Jegnner Valverde
Calibración de sensores para el correcto funcionamiento y ajustes finales del prototipo.
3
T016 Pruebas del
prototipo. Jegnner Valverde
Pruebas de funcionamiento del prototipo.
2
T017
Desarrollo de página de
configuración. (Aplicación web)
Gustavo Noboa
Programación de página web de configuraciones.
4
T018
Desarrollo de página de actividad.
(Aplicación web)
Gustavo Noboa
Programación de reportes de corriente y potencia.
4
T019
Desarrollo de página de medición
de energía. (Aplicación web)
Gustavo Noboa
Programación de reporte de kilovatios/hora.
4
T020
Desarrollo de página de control de dispositivos. (Aplicación web)
Jegnner Valverde
Programación de la página de control, con control manual y horario.
4
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
DESARROLLO SPRINT 2
Programación de hilos y optimización de código fuente. (Prototipo)
En este Sprint 2 se encuentran se culminaron los avances con el prototipo,
llevándolo a etapa de termino. La programación del prototipo se la realizó en
hilos y está orientada a objetos, cuenta con funciones y procedimientos que
hacen que el prototipo sea totalmente operativo e independiente sin necesidad
de interacción humana directamente sobre él, sino a través del aplicativo web. El
78
código fuente del prototipo se encuentra en el la unidad de DVD entregada junto
a este documento.
Diseño de case (estructura) y presentación final. (Prototipo)
Se realizaron varias pruebas en materiales distintos, finalmente esta estructura
fue realizada en acrílico luego de haber realizado algunos modelos de cartón y
palo balsa. A continuación, observamos en diseño de la estructura, cuyos planos
estarán en el Anexo 3:
Gráfico No.26. Diseño de estructura para prototipo.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Calibración de sensores y ajustes finales. (Prototipo)
Antes de realizar las pruebas de funcionamiento se requirió calibrar los sensores
del prototipo. Los sensores YHDC SCT-030-000 como ya revisamos sus
79
características en el capítulo 2 del presente documento cuenta con un rango de
entrada una lectura de corriente de 0 a 100A y una salida de 0 a 50mA y no
posee resistencia de carga.
La librería EmonLib.h que se usa para programar nuestro código nos indica que
debemos calibrar el sensor SCT con la siguiente línea de código:
EnergyMonitor.current (pin entrada, valor de calibración), donde pin de entrada
es el número del conector donde ira nuestro sensor (0,1 o 2) y el valor de
calibración o factor de calibración fue resuelto con la siguiente fórmula:
Gráfico No.27. Fórmula factor de calibración.
Elaboración: Learn | OpenEnergyMonitor.
Fuente: Sensores CT.
Donde I1RMS es la lectura de corriente máxima eficaz de salida del sensor que va
a ser 50mA, I2RMS es la lectura de corriente máxima eficaz de entrada del sensor
que va a ser 100A y RCarga es la resistencia de carga, como este valor lo
desconocemos tendrá que ser calculado. Para calcular la resistencia de carga
OpenEnergyMonitor (proyecto inicial creador de la placa Arduino Energy
Monitoring Shield) nos da la siguiente fórmula:
Gráfico No.28. Fórmula resistencia de carga ideal.
Elaboración: Learn | OpenEnergyMonitor.
Fuente: Sensores CT.
Para la siguiente fórmula AREF será el voltaje suministrado por nuestra placa
Arduino mega que equivale a 5V y para obtener la corriente de pico secundaria
necesitaríamos necesitaremos la siguiente fórmula:
80
Gráfico No.29. Fórmula corriente de pico secundaria.
Elaboración: Learn | OpenEnergyMonitor.
Fuente: Sensores CT.
Como observamos en la fórmula, número de vueltas se refiere al número de
vueltas del devanado secundario del sensor, el mismo que por datos
suministrados por el fabricante es de 2000 vueltas para nuestro sensor SCT-030-
000, la corriente de pico primaria o también llamada corriente de pico máxima,
dicho valor tendremos que calcularlo con la siguiente fórmula:
Gráfico No.30. Fórmula corriente de pico máxima.
Elaboración: Learn | OpenEnergyMonitor.
Fuente: Sensores CT.
Donde corriente RMS es igual a 100A, valor que es la corriente máxima eficaz
que leerá el sensor, multiplicado por raíz de 2, como ya no tendremos más
incógnitas que resolver podemos realizar los cálculos correspondientes:
Corriente de pico máxima = 100A x √2 = 100A x 1.4142 = 141.42A
Con este valor seguimos a la siguiente ecuación:
Corriente de pico secundaria = corriente de pico máxima / no. de vueltas
Corriente de pico secundaria = 141.42A / 2000 = 0.0707A
Con este último valor ya podremos calcular la resistencia de carga ideal para
nuestro sensor:
Resistencia de carga ideal = (AREF / 2) / corriente de pico secundaria
81
Resistencia de carga ideal = (5V / 2) / 0.0707A = 35.4Ω
Con esto solo de tenemos que resolver la ecuación de factor de calibración para
obtener el valor de calibración, entonces:
Gráfico No.31. Resolución de Factor de calibración.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Con esto estará calibrado nuestro sensor y solo nos falta un último paso para
obtener la corriente eficaz, en nuestro código tendremos que llamar a la
siguiente función de la librería EmonLib.h: calcIrms(número de Muestras). Para
obtener el valor que tendremos que ingresar en número de muestras tendremos
que despejar la siguiente fórmula:
Número de muestras = número de ciclos x número de muestras del pin
analógico.
Según el fabricante (Arduino) la velocidad de acceso de los pines analógicos del
Arduino Mega, indica que podrá medir aproximadamente 106 muestras en cada
ciclo y Learn | OpenEnergyMonitor recomienda medir 14 ciclos(es importante
que para el cálculo de la corriente se lo haga ciclos completos). Con esto
tendremos el siguiente resultante:
Número de muestras = número de ciclos x número de muestras del pin analógico
Número de muestras = 14 x 106 = 1484 muestras.
Con estos valores podremos obtener la corriente eficaz para cada sensor SCT-
030-000 en nuestra placa Energy Monitoring Shield V2 con un índice bajo de
error.
82
Pruebas del prototipo.
Se realizaron las pruebas de funcionamiento, obteniendo un prototipo terminado.
Como resultado final el prototipo en estado terminado se ve de la siguiente
manera:
Gráfico No.32. Prototipo Terminado.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Desarrollo de página de configuración. (Aplicación web)
Menú de configuración, aquí están algunos parámetros mismos de la aplicación
web, usuario y configuración del prototipo, tendrán que ser configurados
previamente y de manera manual para poder visualizar datos.
83
Gráfico No.33. Página de menú de configuración.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Desarrollo de página de actividad. (Aplicación web)
A la corriente eléctrica se la conoce también como intensidad, de ahí proviene su
símbolo I, se mide en Amperios (A) y cada señal esta referenciada como IRMS
refiriéndose a los símbolos I y RMS que significa intensidad de la corriente
eficaz. En estos reportes se pueden observar las mediciones realizadas por los
sensores del prototipo, de ambos sensores o de manera independiente según lo
seleccione el usuario. Estos datos son enviados por el prototipo en un periodo de
tiempo (previamente configurado en el prototipo) a través de nuestra aplicación
web. La información es mostrada en gráfico de barras y como listado, totalizando
los consumos de corrientes eléctricas máximas y mínimas en el periodo de
tiempo antes seleccionado. Adicionalmente se muestra el detalle de los
consumos de corriente eléctrica dentro del mismo periodo de tiempo. A
continuación, un ejemplo de nuestro reporte en el siguiente gráfico:
84
Gráfico No.34. Ejemplo de reporte de corriente.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
La potencia, su símbolo es P y se la mide en Watts (W), esta variable tiene
algunas fórmulas para calcularla dependiendo que variables que se conozcan.
En nuestro caso usamos una fórmula puntual ya que conocemos el valor del
voltaje y de la intensidad de la corriente. Es calculada internamente en un
procedimiento almacenado de la base de datos por cada registro insertado en la
misma por el prototipo. La fórmula para el cálculo de la potencia es:
Gráfico No.35. Fórmula de potencia.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Según la fórmula expuesta en el gráfico anterior, para resolver la ecuación
necesitaremos de una corriente (I) multiplicada por un voltaje (V), donde la
corriente obtenida por el prototipo de medición y sus sensores mientras que el
85
voltaje será obtenido de la base de datos. Este valor de voltaje será configurado
previamente en la aplicación web por dispositivo (prototipo). A continuación, un
ejemplo de cómo es mostrada la información en el siguiente gráfico:
Gráfico No.36. Ejemplo de reporte de potencia.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Desarrollo de página de medición de energía. (Aplicación web)
La energía siendo su símbolo es E se la mide en KWh, este reporte nos muestra
el consumo de energía en el periodo de tiempo seleccionado por el usuario. Este
valor es calculado internamente por un proceso almacenado de la base de
datos. Su fórmula es:
Gráfico No.37. Fórmula de consumo de Energía.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
86
Donde P es la potencia ya calculada en (kW) y t es el periodo de tiempo en el
que se consumió dicha potencia ya mencionada expresada en horas, los valores
de costos de energía son configurados previamente en el aplicativo web, y se
muestra su reporte de la siguiente manera:
Gráfico No.38. Ejemplo de reporte de Energía.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
SPRINT 3
LISTA DE OBJETIVOS SPRINT 3 (SPRINT BACKLOG 3)
En el siguiente cuadro especificamos la lista de objetivos a cumplirse en el Sprint
3, se observa la estimación en horas de las tareas a realizarse. Este Sprint
cuenta con 120 SP (Story Points) que están distribuidos entre las tareas.
87
Cuadro N. 13
Lista de objetivos Sprint 3.
ID Titulo Asignación Detalle Estimación
en horas
T021
Agregar características de
seguridad. (Aplicación web)
Gustavo Noboa
Creación de usuarios, programación de sesiones, diseño y programación de roles.
3
T022
Puesta en marcha de inicio de sesión de
usuarios. (Aplicación web)
Jegnner Valverde
Programación de la página de inicio de sesión.
2
T023 Encriptación de
contraseñas. (Aplicación web)
Gustavo Noboa
Encriptación de contraseñas para seguridad de usuarios.
2
T024 Pruebas de la
aplicación web. Gustavo Noboa
Realizar pruebas de funcionabilidad de página web.
3
T025 Pruebas y ajustes
finales entre prototipo y aplicación web.
Jegnner Valverde
Pruebas de funcionamiento completo del proyecto.
3
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
DESARROLLO SPRINT 3
Agregar características de seguridad. (Aplicación web)
Para las contraseñas de usuario se implementó encriptación con SHA1 (Secure
Hash Algorithm) de una vía unilateral desde el aplicativo web a la base de datos.
Puesta en marcha de inicio de sesión de usuarios. (Aplicación web)
La página inicial de la aplicación web es la del ingreso de usuarios, donde este
se autenticará con sus respectivas credenciales y dependiendo del tipo de
usuario podrá acceder o no a todos los menú.
88
Gráfico No.39. Página de Inicio de sesión.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Cada usuario tiene diferentes roles dentro de la aplicación web. Los tipos de
usuario son:
Usuario monitoreo.- Este usuario puede ver e imprimir los reportes
históricos de consumo de medidor prototipo (dos sensores por prototipo)
en un periodo de tiempo especificado por el usuario.
Usuario técnico.- Solo puede modificar los aspectos técnicos de los
dispositivos, no visualiza reportes ni tiene acceso a los controles.
Usuario administrador.- Este usuario es el más avanzado tiene todos los
permisos de la aplicación web, como sacar reportes, activar o desactivar
medidores prototipo, crear usuarios, asignar roles, etc.
Pruebas y ajustes finales entre prototipo y aplicación web.
Como se indicó previamente en el capítulo I de este documento se realizaron las
pruebas de nuestro prototipo y aplicación web de monitoreo y control en un
ambiente controlado de un hogar. Utilizando dos circuitos para monitoreo son de
89
tomacorrientes sala y refrigeradora, como primera instancia vamos a observar la
conexión física de los sensores SCT-030-000:
Gráfico No.40. Conexión de los sensores SCT-030-000.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
En el gráfico anterior podemos observar como el sensor abraza el cable de
energía y siendo de fácil instalación por ser de núcleo abierto. Para la conexión
de estos circuitos a los relés podremos observar el siguiente gráfico:
Gráfico No.41. Conexión de circuitos a relés del prototipo.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
90
Para realizar estas conexiones por seguridad, se las realizo con el circuito fuera
de línea y con las herramientas adecuadas. Los circuitos que se controlaron son
de alumbrado interno y bomba de agua. Una vez realizada estas dos conexiones
solo se conectó la alimentación de energía y el cable de red para que se realice
el encendido y comunicación el prototipo, se tomaron lecturas en conjunto con el
amperímetro Fluke verificando que los valores obtenidos sean correspondientes
a los del prototipo.
El montaje se realizó en la pared y a un lado del panel de circuitos del domicilio,
para recrear un ambiente real de trabajo. Estas pruebas tuvieron una duración
de 3 horas. Con esto el proyecto propuesto queda en funcionamiento
comunicándose correctamente el prototipo en conjunto del el servidor web.
Gráfico No.42. Prototipo operativo.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
91
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Para la realización de nuestro proyecto se realizó y siguió un cronograma de
actividades basado en la lista de objetivos (Product Backlog) de la metodología
Scrum. Con el siguiente cronograma general, se tuvo cumplimiento semana a
semana de lo requerido, realizando 3 Sprints de 3 semanas cada uno y poder
cumplir correctamente con los tiempos de entrega establecidos para este
proyecto. Para más detalle del cronograma ver Anexo 1:
Cuadro N. 14
Cronograma general de actividades.
Nombre de Tarea Duración Comienzo Fin
Desarrollo de Aplicativo Web y Prototipo
72 días 26/10/2017 5/1/2018
Elaboración de trabajo de Titulación
72 días 26/10/2017 5/1/2018
Elaboración del Aplicativo Web y Selección de Hardware
20 días 16/10/2017 4/1/2018
Análisis de Software y Hardware 7 días 5/11/2017 11/11/2017
Desarrollo de Prototipo 16 días 12/11/2017 27/11/2017
Pruebas Preliminares 26 días 28/11/2017 23/12/2017
Correcciones y Ajustes Finales 13 días 24/12/2017 4/11/2018
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
• Entregables del proyecto
Aquí podemos encontrar los documento que se van a entregar como anexos
en el proyecto son los siguientes:
Diseño unifilar del prototipo.
Diseño de la estructura contenedora del prototipo.
Aplicación desarrollada.
Código fuente de la aplicación.
Cronograma de las Actividades.
Manual de Usuario.
92
Manual Técnico.
Manual de Usuario
En el Manual de usuario se va a encontrar lo siguiente:
Descripción del funcionamiento del sistema.
Descripción de las Características
Descripción de las Interfaces
Descripción de los Accesos
Descripción de Configuraciones
Descripción de Reportes
Descripción de Almacenamiento
Manual Técnico
Dentro del manual técnico se encontrará lo siguiente:
Informe de configuración
Diccionario de Datos
Lista de principales plugin utilizados
CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA
Se determinó que el trabajo que se ha realizado de la página Web cumple con
las funcionalidades que se detallan a continuación:
Ingreso y registro de usuarios y además recuperación de la contraseña
de su cuenta.
Asignar los roles de los diferentes usuarios registrado en la página web.
No tener límite de tiempo para escoger una opción dentro la página web.
Visualizar reportes de los sensores, las mediciones realizadas en el
historial, el cual el usuario podrá escoger de acuerdo a la necesidad el
rango de tiempo que desee visualizar.
93
Se realizó el flujo de trabajo para hacer la validación de tiempos para observar si
el proyecto ha sido desarrollado correctamente y escogido los elementos
adecuados para la revisión y aprobación tanto por el tutor y revisores y para
seguir con la publicación del mismo. A continuación, se citarán dos criterios
técnicos de profesionales, ver más criterios en Anexo 11:
El PhD. Renán Xavier Zambrano Aragundy, de la empresa CNEL EP.
(Guayaquil), área Comercial, cargo Director Comercial nos indica: “El equipo
tiene una buena presentación; esto es, compacto y amigable para el uso
del usuario. Su aplicación es posible tanto en tópicos de la eficiencia
energética como en el control de consumo de energía del usuario
residencial o comercial. Como sugerencia, sería interesante evaluar un
análisis económico de posible optimización por cambio de tarifa (día /
noche) para el usuario. Así mismo, un mensaje (email/SMS) de consumo
estimado, cuantificado en términos de energía y monetario lo demandado
en el mes por el usuario.” (001).
El Ing. Jorge Macías, de la empresa Melacorp S.A., área de automatismo y
control, cargo Implementador de sistemas de automatismo, nos dice lo siguiente:
“El prototipo muestra un diseño compacto y simplificado, lo cual agilita su
puesta en marcha al tratarse de un elemento no invasivo para los paneles
de distribución, muestra versatilidad al poder monitorear circuitos de 110V
o 220V en baja tensión. El complemento de la herramienta web genera
información valiosa desconocida o ignorada hasta ahora por el segmento
de mercado al cual atiende dicho prototipo. Al examinar los componentes
físicos y herramientas de software utilizadas en la fabricación del prototipo
se evidencian de componentes y herramientas de total vigencia lo que
garantiza una sostenibilidad a lo largo del tiempo, en temas de
mantenimiento y repuestos.” (002).
94
POBLACIÓN Y MUESTRA
Las empresas Pymes en la ciudad de Guayaquil ascienden aproximadamente a
6520 según datos del Instituto Nacional de Estadísticas y Censos, INEC en el
año 2016, último censo de empresas realizado por esta institución.
Para obtener la muestra necesitamos la siguiente formula:
Gráfico No.43. Fórmula de la muestra.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Se desarrolló la fórmula con un margen de error del 5% y un nivel de confianza
del 95%, conociendo que el tamaño de la población es 6520:
Gráfico No.44. Desarrollo de fórmula de la muestra.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
95
Teniendo como resultado que el valor de la muestra es 362,78, que redondeado
es 363. El presente trabajo está enfocado al control de consumo de energía
eléctrica (corriente eléctrica - amperios) en empresas tipo PYMES; ante la serie
de normativas para poder realizar mediciones en los diferentes empresas de la
ciudad de Guayaquil (permiso de CNEL, identificaciones, etc.), y con la finalidad
de determinar los criterios que serán usados para seleccionar los componentes
que conforman el tamaño de la muestra, se ha considerado la necesidad, de que
el mismo tamaño de la población a elegir será el mismo tamaño de la muestra.
El tamaño de la muestra es 363 y es un número alto, para realizar las encuestas
convencionales en las empresa pymes, por lo que se necesita tener un mejor
resultado en las encuestas tomando datos más pequeños, por lo tanto se
realizará un tipo de encuesta de ocasión, usando como muestra 30 entre
hogares (15) y empresas Pymes (15), para la solución de nuestras investigación.
Este criterio lo realizamos en base al principio estadístico, sobre poblaciones
normalmente distribuida, por lo tanto mediante el uso del teorema del límite
central la cual permite considerar una población de la que se extraen muestras
de tamaño n ≥ 30, se procede a realizar las tomas de consumo eléctrico en
diferentes áreas, cuyo marco muestral a considerar es el sector de (Sauces IV),
de la ciudad de Guayaquil.
“Asimismo, debemos recordar que en el caso de los
experimentos, la muestra representa el balance entre un mayor
número de casos y el número que podamos manejar.
Recordemos que la mayoría de las pruebas estadísticas exigen
15 casos como mínimo por grupo de comparación.” (Hernández-
Sampieri et al., 2013).
ENCUESTA
Se realizó una encuesta en base a lo planteado anteriormente a las 15 empresas
Pymes y a los 15 hogares:
96
Pregunta No. 1: ¿Cómo se siente al saber que el aplicativo Web permite
monitorear la carga consumida por el circuito eléctrico?
Cuadro N. 15
Respuesta de la Pregunta No. 1.
¿Cómo se siente al saber que el aplicativo Web permite
monitorear la carga consumida por el circuito
eléctrico?
MUY SATISFECHO 67%
SATISFECHO 33%
INSATISFECHO 0%
MUY INSATISFECHO 0%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Gráfico No.45. Pregunta No. 1
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: Como podemos ver en la mayoría está interesado de que la empresa
conste con un monitoreo permanente de los circuitos eléctricos por el porcentaje
que se ha obtenido a realizar a encuesta a los colaboradores de la empresa.
97
Pregunta No. 2: ¿Cómo considera al aplicativo web al permitir realizar
automatización de encendido y apagado de los circuitos eléctricos?
Cuadro N. 16
Respuesta de la Pregunta No. 2.
¿Cómo considera al aplicativo web al permitir
realizar automatización de encendido y apagado de los
circuitos eléctricos?
MUY SATISFECHO 73%
SATISFECHO 27%
INSATISFECHO 0%
MUY INSATISFECHO 0%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Gráfico No.46. Pregunta No. 2
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: La mayoría de los encuestados de la empresa Pymes les gustaría con
tener una automatización de control en los circuitos eléctricos, por lo que cuenta
con un encendido y apagado para el ahorro de consumo energía eléctrica.
98
Pregunta No. 3: ¿Qué Satisfacción tiene al saber que el sistema permite
almacenar los datos obtenidos del circuito eléctrico?
Cuadro N. 17
Respuesta de la Pregunta No. 3.
¿Qué Satisfacción tiene al saber que el sistema permite
almacenar los datos obtenidos del circuito
eléctrico?
MUY SATISFECHO 93%
SATISFECHO 7%
INSATISFECHO 0%
MUY INSATISFECHO 0%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Gráfico No.47. Pregunta No. 3
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: Los encuestados se puede observar de acuerdo a los datos de la
encuesta ya que cuenta con una base de Datos que permite el almacenamiento
de los datos que se está censando en los circuitos eléctricos.
99
Pregunta No. 4: ¿Qué satisfacción tendría del aplicativo web al procesar en
tiempo real la información del monitoreo de los circuitos eléctricos?
Cuadro N. 18
Respuesta de la Pregunta No. 4.
¿Qué satisfacción tendría del aplicativo web al
procesar en tiempo real la información del monitoreo de los circuitos eléctricos?
MUY SATISFECHO 100%
SATISFECHO 0%
INSATISFECHO 0%
MUY INSATISFECHO 0%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Gráfico No.48. Pregunta No. 4
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: Como se pude observar de acuerdo a las encuestas obtenida a los
trabajadores de la empresa Pymes que al procesar información en tiempo real
de los censo de carga de los circuitos eléctricos tiene toda la aceptación de que
realice un monitoreo en tiempo real.
100
Pregunta No. 5: ¿Cómo se siente al visualizar los reportes para el análisis
del consumo de energía para la toma de decisiones?
Cuadro N. 19
Respuesta de la Pregunta No. 5.
¿Cómo se siente al visualizar los reportes para el análisis
del consumo de energía para la toma de decisiones?
MUY SATISFECHO 90%
SATISFECHO 10%
INSATISFECHO 0%
MUY INSATISFECHO 0%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Gráfico No.49. Pregunta No. 5
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: De acuerdo a la información obtenida se puede ver la aceptación de
que permita visualizar reportes de la información almacenada, que será de gran
ayuda para el análisis del consumo de energía eléctrica.
101
Pregunta No. 6: ¿Considera importante la ayuda del análisis de medición y
monitoreo de los circuitos eléctricos de las empresas Pymes en
Guayaquil?
Cuadro N. 20
Respuesta de la Pregunta No. 6.
¿Considera importante la ayuda del análisis de
medición y monitoreo de los circuitos eléctricos de las
empresas Pymes en Guayaquil?
MUY SATISFECHO 87%
SATISFECHO 13%
INSATISFECHO 0%
MUY INSATISFECHO 0%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Gráfico No.50. Pregunta No. 6
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: Existe gran aceptación de que el sistema permita ayudar a realizar un
análisis óptimo de la información tomada del monitoreo de los circuitos eléctricos
en la empresas Pymes.
102
Pregunta No. 7: ¿Cuán importante considera tener almacenado el histórico
de consumo de energía eléctrica de los circuitos eléctricos de la empresa
Pymes en Guayaquil?
Cuadro N. 21
Respuesta de la Pregunta No. 7.
¿Cuán importante considera tener almacenado el histórico
de consumo de energía eléctrica de los circuitos eléctricos de la empresa
Pymes en Guayaquil?
MUY SATISFECHO 93%
SATISFECHO 7%
INSATISFECHO 0%
MUY INSATISFECHO 0%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Gráfico No.51. Pregunta No. 7
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: Como podemos ver que exista aceptación de que se pueda almacenar
la información tomada del censo de circuitos eléctricos, el cual se puede hacer
consultas diarias o mensuales.
103
Pregunta No. 8: ¿Cómo se siente al saber que el aplicativo Web evita ir
físicamente a realizar pruebas de los circuitos eléctricos al ser
monitoreado?
Cuadro N. 22
Respuesta de la Pregunta No. 8.
¿Cómo se siente al saber que el aplicativo Web evita ir
físicamente a realizar pruebas de los circuitos eléctricos al
ser monitoreado?
MUY SATISFECHO 83%
SATISFECHO 17%
INSATISFECHO 0%
MUY INSATISFECHO 0%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Gráfico No.52. Pregunta No. 8
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: Como se puede ver existe gran aceptación al saber que los técnicos
no tendrán que ir físicamente a realizar pruebas de censo de carga, ya que el
aplicativo web brinda la facilidad de transmitir los datos y visualizarlos en tiempo
real.
104
Pregunta No. 9: ¿Cómo se siente al visualizar los resultados y observar el
funcionamiento del aplicativo web para el beneficio de la empresa pymes?
Cuadro N. 23
Respuesta de la Pregunta No. 9.
¿Cómo se siente al visualizar los resultados y observar el
funcionamiento del aplicativo web para el beneficio de la
empresa pymes?
MUY SATISFECHO 97%
SATISFECHO 3%
INSATISFECHO 0%
MUY INSATISFECHO 0%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Gráfico No.53. Pregunta No. 9
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: Como podemos ver la mayoría de las personas están interesadas en
que la aplicativo web puede visualizar los datos obtenidos y observar el
funcionamiento en tiempo real para el beneficio de la empresa Pymes.
105
Pregunta No. 10: ¿Qué áreas se sugeriría en la empresa Pymes en
Guayaquil para el monitoreo y automatización del consumo de energía
eléctrica?
Cuadro N. 24
Respuesta de la Pregunta No. 10.
¿Qué áreas se sugeriría en la empresa Pymes en Guayaquil
para el monitoreo y automatización del consumo
de energía eléctrica?
SISTEMAS 50%
FINANCIERO 23%
RECURSOS HUMANOS
13%
COMERCIAL 14%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Gráfico No.54. Pregunta No. 10
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: Como podemos ver que la mayoría de las personas consideran que el
área de sistema debe ser unas de las áreas que debe estar monitoreada y
automatizada por lo que se tiene mayor consumo de energía eléctrica, después
de Financiero, Comercial y Recursos Humanos.
106
EXPERIMENTACIÓN
Para nuestro proyecto se realizó una batería de pruebas en 15 diferentes
hogares y 15 empresas Pymes, que consistió en medir 2 áreas con la solución
expuesta y comparar las mediciones obtenidas con las de un amperímetro marca
Fluke modelo 322. Con estos datos recopilados obtener el porcentaje de error
mediante el cálculo de la siguiente fórmula:
Gráfico No.55. Fórmula de porcentaje de error.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
En la fórmula del gráfico anterior tenemos que valor verdadero es equivalente al
valor obtenido por el amperímetro, y valor aproximado, el valor obtenido por
nuestro prototipo. La resolución de esta ecuación nos da el porcentaje de error
de nuestro prototipo. A continuación, se muestra un cuadro de experimentación
de ejemplo, para ver todos los cuadros en detalles revisar Anexo 6:
Cuadro N. 25
Cuadro de porcentaje de error de lecturas.
Electrodoméstico Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 13,21 13,23 0,15
2 16,54 16,56 0,12
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Con las pruebas de campo realizadas en hogares y empresas Pymes, en 2
áreas distintas se pudo observar que el prototipo presenta el siguiente
comportamiento: A menor amperaje de lectura se genera un mayor porcentaje
de error, mientras mayor amperaje menor porcentaje de error, con lo cual se
107
concluye que el prototipo es más preciso al momento de realizar las lecturas con
sus sensores cuando hay cargas (dispositivos conectados) de consumo elevado
(más de 1A).
108
CAPÍTULO IV
Criterios de aceptación del producto o Servicio
En la actualidad, la tendencia por el uso de aplicaciones tipo web nos asegura la
aceptabilidad de la gran mayoría de los usuarios. Al ser adaptable, puede ser
usada en el navegador de los dispositivos móviles y/o computadores con
diferente sistema operativo. Al contar con un entorno amigable y de fácil manejo,
asegura que los usuarios tengan mayor aceptación hacia la herramienta.
Respecto al prototipo, el fabricante de las piezas Arduino nos indica que las
mismas pueden trabajar sin problemas 24 horas 7 días de la semana
continuamente durante aproximadamente 3 años continuos. Esto se reduce si se
llega a tener problemas con la alimentación de energía externa, cortocircuitos,
sobrecalentamiento, también depende de su entorno de trabajo si es interior o
exterior. Para asegurar su vida útil.
El prototipo cuenta con una carcasa protectora con orificios de ventilación, quien
va a trabajar en un ambiente interior y protegido del medio gracias a su carcasa,
con una fuente de alimentación continua de 9V para evitar sobrecargas. Tiene
un rendimiento con un bajo porcentaje de error lo que nos asegura sus
capacidades óptimas de funcionamiento. Al ser de fácil instalación hace que su
nivel de aceptación sea más alto.
Informe de aceptación y aprobación para productos de software/ hardware
Este informe de aceptación y aprobación se lo hizo en conjunto de las encuestas
realizadas en base lo analizado anteriormente al principio estadístico, sobre
poblaciones normalmente distribuidas explicado anteriormente a 15 hogares y 15
empresas tipo Pymes. Con la finalidad de que el usuario final este conforme con
la solución propuesta. A continuación, el siguiente cuadro mostrará los
resultados:
109
Cuadro N. 26
Informe de aceptación y aprobación.
CRITERIOS
MU
Y S
AT
ISF
EC
HO
SA
TIS
FE
CH
O
INS
AT
ISF
EC
HO
MU
Y
INS
AT
ISF
EC
HO
PARÁMETROS TÉCNICOS Y FUNCIONALES
1
Ingreso al sistema cuando esté conectado de la Red de la Empresa Pymes a través de un navegador Web
X
2 El tiempo de carga del sistema y vista de sus modulo es en tiempo real
X
3
Facilidad para acceder al sistema Web por medio de usuarios registrados con sus respectivos roles
X
4 Diseño y funcionamiento amigable y adaptables para el usuario
X
5
El Sistema permite una fácil apreciación de los datos en forma entendible
X
6 Transparencia en los procesos del Sistema
X
7 Disponibilidad del Sistema
X
8
Facilidad para poder incorporar nuevos módulos u opciones adicionales al Sistema
X
Total 80% 20% 0% 0%
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
110
Gráfico No.56. Resultado de validación técnica y funcional.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Análisis: Con la respectiva valoración de los criterios, obtenemos el 80% de
Muy satisfecho y 20% Satisfecho. Lo cual nos permite aprobar las validaciones
técnicas y funcionales que se han planteado sobre el sistema web para la
automatización y el monitoreo de los circuitos eléctricos de las empresas Pymes.
Informe de aseguramiento de la calidad para productos de software/
hardware
El producto realizado busca tener un servicio de calidad y óptimo funcionamiento
para no exista inconformidad al momento de su utilización por parte de los
usuarios. El cual cuenta con mecanismos de control de acceso a la aplicación
web. Cuenta con variables parametrizables por el usuario para cambios futuros
de estos valores y no quede obsoleta con el tiempo.
De acuerdo a los profesionales entrevistados se obtuvieron buenas reseñas para
el proyecto, ya que el interés de la viabilidad como una solución para el ahorro
de energía eléctrica para los usuarios comerciales en consumos de 110/220
111
Voltios. De las dos entrevistas realizadas a profesionales, se realizó el siguiente
informe de calidad del proyecto de titulación.
Cuadro N. 27
Informe de aseguramiento de la calidad.
PROPÓSITO DEL PROYECTO
Desarrollar una solución de página Web que permita el acceso al monitoreo de consumo de energía eléctrica.
Ap
rob
ad
o
Definir las áreas de los circuitos eléctricos que se va a monitorear.
Visualizar el histórico del consumo de energía eléctrica de la Base de Datos.
Automatizar Circuitos eléctricos para la programación del encendido y apagado de las áreas.
Registrar en la Base de Datos la información del consumo de energía eléctrica de los circuitos eléctricos monitoreado.
Definir los Usuarios que van a utilizar la página Web para el monitoreo.
Registrar nuevos usuarios para el uso de la aplicación Web.
Definir los roles que se van a utilizar en la página web.
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN
Sistema cumple con el diseño propuesto, permite la usabilidad.
Ap
rob
ad
o
Permite procesar reporte de la Base de Datos.
Fácil manejo para ver el histórico de la información almacenada de los circuitos eléctricos.
Información que permite mostrar el consumo de energía eléctrica sirve para el análisis de consumo.
Fácil administración de los usuarios del sistema.
Proceso permite realizar análisis por líneas de circuitos eléctricos.
Sistema cumple con la automatización de encendido y apagado de los circuitos eléctricos.
TAREAS
Se desarrolla las partes gráficas del Sistema.
Ap
rob
ad
o
Se considera aspectos de usabilidad.
Se realizó pruebas técnicas accediendo al aplicativo Web desde diferentes dispositivos.
Se incorpora módulo de control de energía.
112
Se agrega consumo de energía.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
CONCLUSIONES
El sistema web cuenta con gráficos de barras y tablas que muestran las
lecturas tomadas en los circuitos eléctricos en un periodo de tiempo
especificado por el usuario permitiendo al mismo realizar el análisis de
consumo de energía eléctrica.
Se logró comprobar que el prototipo realiza medición eficiente y
monitoreo permanente de los circuitos eléctricos seleccionados, además
se comunica con la aplicación web misma que almacena las lecturas en
la base de datos, con un tiempo de almacenaje estimado de 12 meses.
Mediante nuestro prototipo se determinó las áreas en las que se obtiene
un mayor ahorro de energía eléctrica automatizando circuitos eléctricos.
Se diseñó, ensambló y programó un prototipo funcional teniendo como
base un controlador Arduino, en conjunto de sensores y actuadores que
permiten monitorear consumo y controlar energía eléctrica.
Se implementó con éxito la solución propuesta logrando un monitoreo
permanente y control de dos circuitos eléctricos.
RECOMENDACIONES
Previamente al uso del software se recomienda realizar las
configuraciones del medidor de energía (prototipo) también deberán ser
realizadas en la aplicación web, para que el sistema funcione
correctamente.
Darle mantenimiento periódico al sistema con la finalidad de garantizar el
correcto funcionamiento.
Realizar las conexiones de energía eléctrica a los relés, con los
respectivos circuitos fuera de línea para evitar accidentes.
113
El prototipo puede funcionar con conexión Wireless si se le adiciona la
tarjeta y código respectivo.
El prototipo puede sensar el voltaje desde las líneas directamente si se
adiciona la tarjeta compatible para Arduino de lectura de voltaje.
El sistema diseñado puede ser usado también en hogares y condominios.
114
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117
ANEXOS
118
ANEXO 1. Cronograma
119
ANEXO 2. Modelo entidad relación de la base de datos
120
ANEXO 3. Diseño de estructura para prototipo
121
122
123
ANEXO 4. Diagrama unifilar del prototipo
124
ANEXO 5. Formulario de encuesta
125
ANEXO 6. Cuadros de experimentación
Experimentación 1
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 13,21 13,23 0,15
2 16,54 16,56 0,12
Experimentación 2
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 6,83 6,85 0,29
2 10,44 10,46 0,19
Experimentación 3
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 5,62 5,64 0,36
2 8,52 8,54 0,23
Experimentación 4
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 11,89 11,91 0,17
2 10,45 10,47 0,19
Experimentación 5
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 11,99 12,01 0,17
2 7,88 7,90 0,25
Experimentación 6
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 11,99 12,01 0,17
2 7,88 7,90 0,25
126
Experimentación 7
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,83 12,85 0,16
2 8,66 8,68 0,23
Experimentación 8
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 11,82 11,84 0,17
2 8,96 8,98 0,22
Experimentación 9
Electrodoméstico Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,23 12,25 0,16
2 10,15 10,17 0,20
Experimentación 10
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,37 12,39 0,16
2 10,6 10,62 0,19
Experimentación 11
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,38 12,40 0,16
2 7,71 7,73 0,26
Experimentación 12
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 9,76 9,78 0,20
2 11,23 11,25 0,18
Experimentación 13
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 17,88 17,90 0,11
2 10,71 10,73 0,19
127
Experimentación 14
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,58 12,60 0,16
2 8,45 8,47 0,24
Experimentación 15
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 11,83 11,85 0,17
2 8,33 8,35 0,24
Experimentación 16
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,18 12,20 0,16
2 8,88 8,90 0,23
Experimentación 17
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,11 12,13 0,17
2 10,31 10,33 0,19
Experimentación 18
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 11,37 11,39 0,18
2 7,83 7,85 0,26
Experimentación 19
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,01 12,03 0,17
2 6,88 6,90 0,29
Experimentación 20
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 13,73 13,75 0,15
2 10,98 11,00 0,18
128
Experimentación 21
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,69 12,71 0,16
2 8,52 8,54 0,23
Experimentación 22
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,87 12,89 0,16
2 10,48 10,50 0,19
Experimentación 23
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 6,54 6,56 0,31
2 14,98 15,00 0,13
Experimentación 24
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,53 12,55 0,16
2 8,81 8,83 0,23
Experimentación 25
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 6,51 6,53 0,31
2 9,45 9,47 0,21
Experimentación 26
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 11,9 11,92 0,17
2 8,33 8,35 0,24
Experimentación 27
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 6,4 6,42 0,31
2 7,77 7,79 0,26
129
Experimentación 28
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,69 12,71 0,16
2 16,35 16,37 0,12
Experimentación 29
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 11,76 11,78 0,17
2 8,41 8,43 0,24
Experimentación 30
Área Lectura
Multímetro (A) Lectura
Prototipo (A) % Error
1 12,8 12,82 0,16
2 7,56 7,58 0,26
130
ANEXO 7. Reporte de consumo de corriente y potencia
131
132
133
134
ANEXO 8. Reporte de consumo de energía
135
136
ANEXO 9. Manual de usuario
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
DESARROLLO DE SISTEMA WEB DE MONITOREO ENERGÉTICO Y
CONTROL DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS, DE BAJO COSTO PARA
APLICACIONES PYMES CON UN PROTOTIPO DEL
CONTROLADOR REALIZADO EN ARDUINO
MANUAL DE USUARIO
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTOR(ES):
GUSTAVO ADOLFO NOBOA FRANCO
JEGNNER PAUL VALVERDE MEJÍA
TUTOR:
ING. JUAN SÁNCHEZ HOLGUÍN, M.Sc.
GUAYAQUIL – ECUADOR 2018
137
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL .............................................................................................. 137
ÍNDICE DE GRÁFICOS ...................................................................................... 138
INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 139
EXPLICACIÓN DEL SISTEMA PASO A PASO ................................................. 139
ORGANIZACIÓN DE LOS MENÚS .................................................................... 140
Menú de actividades ....................................................................................... 140
Menú de reportes ............................................................................................ 141
Menú de control de circuitos eléctricos .......................................................... 142
Menú de Configuraciones ............................................................................... 143
Opción de cambio de contraseña ................................................................... 145
138
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico No. 1: Inicio de sesión ............................................................................ 139
Gráfico No. 2: Ejemplo de uso de menú actividades ......................................... 141
Gráfico No. 3: Ejemplo de uso de menú reportes .............................................. 142
Gráfico No. 4: Ejemplo de uso de menú control de circuitos de dispositivos .... 143
Gráfico No. 5: Ejemplo de uso de menú de configuraciones – rol administradores
............................................................................................................................. 144
Gráfico No. 6: Ejemplo de uso de menú de configuraciones - rol ingenieros .. 145
Gráfico No. 7: Cambio de contraseña ................................................................ 145
139
MANUAL DE USUARIO
INTRODUCCIÓN
En siguiente manual se puede observar las funciones del aplicativo web, el
objetivo es monitorear los circuitos eléctricos para almacenar los consumos de
energía y así tener información disponible que nos va a facilitar realizar el
análisis del consumo eléctrico. El manual está dirigido para las empresas Pymes.
En el documento se dará la guía del software, los cuales se manejan usuarios y
roles. Según el usuario y rol seleccionado se mostrarán opciones o menús de la
aplicación.
EXPLICACIÓN DEL SISTEMA PASO A PASO
Gráfico No.1. Inicio de sesión.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
En las cajas de texto se procederá a ingresar usuario y contraseña de acuerdo al
perfil y rol asignados. Tenemos 4 tipos de usuarios o roles del sistema:
140
Usuario Administrador
Usuario Monitoreo
Usuario Técnico
ORGANIZACIÓN DE LOS MENÚS
El aplicativo Web de monitoreo de circuitos eléctricos consta de 4 menús que
son los siguientes:
Menú de Actividades.
Menú de Reportes de Energía.
Menú Control de dispositivos
Menú Configuraciones.
Menú de actividades
En este menú se visualizan los gráficos de barras y tablas de información
almacenada en la base de datos sobre corriente eléctrica y potencia eléctrica.
Previamente se deberá seleccionar:
El dispositivo (Prototipo) que va a utilizar.
El sensor que va a visualizar. Puede ser uno o ambos.
El rango de fechas para visualizar la información.
Todos los roles de usuario visualizarán este menú, a excepción de los usuarios
con rol de técnico.
141
Gráfico No.2. Ejemplo de uso de menú actividades.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Menú de reportes
En este menú se muestran los reportes de kilovatios hora consumidos, en un
periodo de tiempo previamente seleccionado por el usuario. Los reportes se
mostrarán diarios y mensuales. Se deberá seleccionar:
El dispositivo (Prototipo) que va a utilizar.
El sensor que va a visualizar. Puede ser uno o ambos.
El rango de fechas para visualizar la información.
Todos los roles de usuario visualizaran este menú, a excepción de los usuarios
con rol de técnico.
142
Gráfico No.3. Ejemplo de uso de menú reportes.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Menú de control de dispositivos
En este menú se observarán los controles de circuitos eléctricos manuales y
automáticos, en los que el usuario realizará el encendido y apagado de los
circuitos eléctricos. El usuario debe seleccionar:
El dispositivo (Prototipo) que va a utilizar.
El tipo de control que se va a ejecutar, control manual o temporizado por
horario.
143
Todos los roles de usuario visualizarán este menú, a excepción de los usuarios
con rol de técnico.
Gráfico No.4. Ejemplo de uso de menú control de dispositivos.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Menú de Configuraciones
Este menú es solo para usuarios con rol de administradores e ingenieros. Los
usuarios con rol administradores configurarán: usuarios, roles y dispositivos los
mismos que el aplicativo nos permitirá crear, modificar, inactivar y asignar.
144
Gráfico No.5. Ejemplo de uso de menú control de configuraciones - rol
administradores.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Los usuarios de rol técnico visualizarán solo la pestaña llamada dispositivos,
donde se permite crear, modificar, inactivar y asignar los mismos.
145
Gráfico No.6. Ejemplo de uso de menú control de configuraciones – rol
ingenieros.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Opción de cambio de contraseña
Esta opción se encuentra en la parte superior de la página web, la cual permite
al usuario con sesión iniciada cambiar su contraseña de acceso a la aplicación
web.
Gráfico No.7. Cambio de contraseña.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
146
ANEXO 10. Manual técnico
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
DESARROLLO DE SISTEMA WEB DE MONITOREO ENERGÉTICO Y
CONTROL DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS, DE BAJO COSTO PARA
APLICACIONES PYMES CON UN PROTOTIPO DEL
CONTROLADOR REALIZADO EN ARDUINO
MANUAL DE TÉCNICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTOR(ES):
GUSTAVO ADOLFO NOBOA FRANCO
JEGNNER PAUL VALVERDE MEJÍA
TUTOR:
ING. JUAN SÁNCHEZ HOLGUÍN, M.Sc.
GUAYAQUIL – ECUADOR 2018
147
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL .............................................................................................. 147
ÍNDICE DE GRÁFICOS ...................................................................................... 148
PRESENTACIÓN ................................................................................................ 149
ASPECTO TÉCNICO DE DESARROLLO DEL SISTEMA ................................ 149
Descripción de páginas ................................................................................... 149
Archivos de configuración ............................................................................... 150
BASE DE DATOS ............................................................................................... 151
Detalle de las tablas del sistema .................................................................... 152
Instalación del aplicativo web ......................................................................... 154
REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA .................................................................. 156
Requerimiento de hardware mínimo para la instalación de Visual Studio 2010
......................................................................................................................... 156
Requerimiento de hardware mínimos para la instalación de SQL Server 2008
......................................................................................................................... 156
148
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico No. 1: Gráfico de diagrama Entidad-Relación ....................................... 151
Gráfico No. 2: Gráfico de la ruta ......................................................................... 154
Gráfico No. 3: Gráfico de creación del aplicativo en el IIS ................................. 155
Gráfico No. 4: Gráfico de configuración de versión de Net Framework ............ 155
149
PRESENTACIÓN
Este manual técnico es desarrollado en el marco del proyecto “DESARROLLO
DE SISTEMA WEB DE MONITOREO ENERGÉTICO Y CONTROL DE
CIRCUITOS ELÉCTRICOS, DE BAJO COSTO PARA APLICACIONES PYMES
CON UN PROTOTIPO DEL CONTROLADOR REALIZADO EN ARDUINO” con
el propósito de ayudar con la información necesaria para realizar el análisis del
consumo de energía eléctrica. Donde permite realizar en el monitoreo de
circuitos eléctricos de acuerdo a un análisis previo realizado por los autores del
proyecto.
El manual técnico hace referencia a la información necesaria para el ahorro de
energía eléctrica de las áreas realizados por un prototipo que sensará los
circuitos eléctricos. Cabe recalcar que el manual técnico está dirigido a personal
que tenga conocimiento técnico del manejo de un computador, por lo que el
aplicativo web brinda las facilidades del manejo de la información y poder
realizar consulta a la información almacenada en la base de datos sin problema
con historial por medio del calendario del monitoreo de circuitos eléctricos.
ASPECTO TÉCNICO DE DESARROLLO DEL SISTEMA
Descripción de páginas
FrmLogin.aspx: Página de inicio de sesión de la aplicación web, utilizada para
la autenticación de usuarios para que estos accedan al sistema.
FrmCambiarContrasena.aspx: Página de cambio de contraseña de los
usuarios.
FrmRoles.aspx: Página de configuración del aplicativo web, donde se
configuran los usuarios, roles y controlador.
FrmControlArduino.aspx: Página de controles de circuitos.
150
FrmIngresoArduino.aspx: Página de interacción del prototipo con el aplicativo
web para escribir en la base de datos las lecturas de los sensores de circuitos
eléctricos.
FrmLeerArduino.aspx: Página de interacción de controles de circuitos
eléctricos a través del controlador Arduino (Prototipo).
FrmReporteKW.aspx: Página reportes de kilovatios-hora.
FrmReportes.aspx: Página reportes de corriente y potencia eléctrica.
Archivos de configuración
El aplicativo web se apoya en un archivo de configuración llamado “web.config”.
Se utilizó una plantilla css de licencia libre para el fácil desarrollo de la
aplicación.
151
BASE DE DATOS
Gráfico No.1. Gráfico de diagrama Entidad-Relación.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
152
Detalle de las tablas del sistema
Nombre de la tabla tb_control
Descripción Tabla de estados de controles del prototipo
Nombre de campo
Tipo de dato Integridad Longitud Descripción
id int PK
control int
codigo_dispositivo int FK
estado bit
Nombre de la tabla tb_corriente
Descripción Tabla de lecturas de sensores del prototipo
Nombre de campo Tipo de dato Integridad Longitud Descripción
codigo uniqueidentifier PK
irms1 float
irms2 float
potencia1 float
potencia2 float
kilo_potencia1 float
kilo_potencia2 float
consumo_energia1 float
consumo_energia2 float
tiempo_escritura float
ip varchar 50
fecha_ingreso datetime
codigo_dispositivo int FK
estado bit
153
Nombre de la tabla tb_dispositivo
Descripción Tabla de parámetros del dispositivo (prototipo)
Nombre de campo
Tipo de dato Integridad Longitud Descripción
codigo int PK
Nombre varchar
50
Descripcion varchar
100
voltaje float
ip varchar 50
estado estado
Usuario_ingreso varchar 50
fecha_ingreso datetime
Nombre de la tabla tb_rol
Descripción Tabla de roles de usuario
Nombre de campo
Tipo de dato Integridad Longitud Descripción
rol_id int PK
nombre varchar
50
reportes bit
usuarios bit
dispositivos bit
acciones bit
estado bit
usuario_ingreso varchar
50
fecha_ingreso datetime
154
Nombre de la tabla tb_usuario
Descripción Tabla de usuarios
Nombre de campo
Tipo de dato Integridad Longitud Descripción
usuario_id PK
usuario varchar
10
contraseña varchar
50
nombre varchar 100
estado bit
rol_id int FK
usuario_ingreso varchar 50
fecha_ingreso datetime
Adicionalmente, la base de dados cuenta con procedimientos almacenados que
son utilizados por el aplicativo web.
Instalación del aplicativo web
Copiar los ficheros del sistema en la ruta “C:\inetpub\wwwroot\SisControlWeb“
Gráfico No.2. Gráfico de la ruta.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
155
Lo siguiente que se realiza es crear en el Internet Information Service el
aplicativo apuntando a la carpeta donde se encuentra el sistema.
Gráfico No.3. Gráfico de creación del aplicativo en el IIS.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
Se crea el aplicativo web en el IIS se debe establecer el tipo de Net Framework
con el que trabaja la aplicación, la cual se recomienda que se proceda a
configurar la versión 4 y se lo realiza en el pool del grupo de aplicaciones.
Gráfico No.4. Gráfico de configuración de versión de Net Framework.
Elaboración: Jegnner Valverde Mejía y Gustavo Noboa Franco.
Fuente: Obtenido de datos de la investigación.
156
REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA
Se muestra los requerimiento del aplicativo web para el monitoreo de circuitos
eléctricos.
Requerimiento de hardware mínimo para la instalación de Visual Studio
2010
Procesador Computadora personal (PC) con procesador Core I3 de 1,28 MHz
Sistema Operativo Microsoft Windows 8, Windows Server 2008 o superiores
Memoria 8 Gigabytes
Disco Duro 320 Gigabytes
Unidades CD-ROM o DVD-ROM
Requerimiento de hardware mínimos para la instalación de SQL Server
2008
Procesador Computadora personal (PC) con procesador Core I3 de 1,28 MHz
Sistema Operativo Microsoft Windows 8, Windows Server 2008, o superiores
Memoria 8 Gigabytes Disco Duro 320 Gigabytes
Unidades CD-ROM o DVD-ROM
157
ANEXO 11. Entrevistas a Profesionales
Cita # 001
PhD. Renán Xavier Zambrano Aragundy
Empresa: CNEL EP. (Guayaquil)
Área: Comercial
Cargo: Director Comercial
El equipo tiene una buena presentación; esto es, compacto y amigable para el
uso del usuario. Su aplicación es posible tanto en tópicos de la eficiencia
energética como en el control de consumo de energía del usuario residencial o
comercial. Como sugerencia, sería interesante evaluar un análisis económico de
posible optimización por cambio de tarifa (día / noche) para el usuario. Así
mismo, un mensaje (email/SMS) de consumo estimado, cuantificado en términos
de energía y monetario lo demandado en el mes por el usuario.
Cita # 002
Ing. Jorge Macías
Empresa: Melacorp S.A.
Área de automatismo y control
Cargo: Implementador de sistemas de automatismo
El prototipo muestra un diseño compacto y simplificado, lo cual agilita su puesta
en marcha al tratarse de un elemento no invasivo para los paneles de
distribución, muestra versatilidad al poder monitorear circuitos de 110V o 220V
en baja tensión. El complemento de la herramienta web genera información
valiosa desconocida o ignorada hasta ahora por el segmento de mercado al cual
atiende dicho prototipo. Al examinar los componentes físicos y herramientas de
software utilizadas en la fabricación del prototipo se evidencian de componentes
y herramientas de total vigencia lo que garantiza una sostenibilidad a lo largo del
tiempo, en temas de mantenimiento y repuestos.