Midiendo la energía (primera parte: Leer la tensión)

 

Hablamos de monitorizar “las cosas”, empezaremos por algo que tiene una especial relevancia actualmente, la monitorización de la energía.  

Existen algunos estudios (ver ejemplo) que demuestran que el recibir feedback del consumo eléctrico de una forma instantánea puede provocar que hagamos las acciones necesarias que nos permitan ahorrar entre un 5% y un 15% en la factura de la luz. Para muchas personas este ahorro puede ser importante para su economía personal o familiar, desde el punto de vista de la responsabilidad social, que todos deberíamos de compartir, un 10% de reducción en el consumo provoca, por ejemplo, una reducción casi proporcional de las emisiones a la atmósfera.  

Cada vez aparecen en el mercado más dispositivos que nos pueden proporcionar la información instantánea del consumo, lamentablemente son dispositivos autónomos, pensados para mostrar el consumo de un único dispositivo y que no se comunican en base a estándares de mercado.  

Por otro lado aparecen iniciativas como la de Google (Google energy) que proporcionan interfaces para conocer esta información y que, probablemente, acabarán definiendo estándares en la forma de comunicarse entre los elementos que recogen la información y los que la muestran. Esto no debe de leerse como una opinión personal de que  lo que hace Google está bien o mal, pero tenemos que reconocer que su penetración en la sociedad es tan importante que, con frecuencia, cosas que están haciendo se convierten en estándares de facto.  

Empezamos con ya las cuestiones técnicas….  

Una de las variables básicas que debemos de medir es la tensión eléctrica, en España, según las compañías eléctricas de 220V (+- 7%) con una frecuencia de 50 Hz y una forma de onda senoidal.  

Como nuestra intención es medir la tensión con un microprocesador lo primero que tenemos que hacer es reducir el voltaje y hacer que sea positivo, ya que los microprocesadores habitualmente funcionan con unos valores que oscilan entre los 0V y los 5V o 3,3V.  

Primero vamos a reducir la amplitud de la tensión, lo podemos conseguir de dos formas:  

  • La más sencilla: es hacer un divisor de tensión con dos resistencias conectado directamente a los cables de tensión.  Probablemente sea el más utilizado en los productos comerciales por ser el más barato de implementar. Tiene un grave inconveniente, no existe aislamiento galvánico de la red de 220V, esto es un poco peligroso en el elaboración de un prototipo, pasamos…..
  • El método utilizado: reducimos la tensión con un transformador. El coste con respecto al método del divisor de tensión es mucho mayor (unos 3€ en lugar de 0,03€), pero es mucho más seguro. Una alternativa es utilizar un adaptador de red (un cargador de móvil viejo por ejemplo), lo más importante es que sea AC-AC, es decir, que internamente incorpore solo un transformador, sin ningún circuito adicional.  

Transformador de 220V a 2x6V

Yo he utilizado un transformador compacto (3€) con una entrada de 220V y dos salidas de 6V. En una de las salidas tengo la tensión de red reducida, la otra la utilizaré para alimentar el circuito (más adelante).

A la salida del transformador ya tenemos la tensión reducida a 6V (mucho más manejable y menos peligrosa), a continuación tenemos que reducirla todavía más.

En este momento si que utilizaremos un divisor de tensión resistivo para reducirla (más o menos) a una tensión de 1V pico a pico. En mi caso he utilizado una resistencia de 220 ohmios y otra de 3K3 ohmios, la tensión ha quedado reducida a 1,2 V pico a pico. El resultado es este:

Forma de onda y tensión resultante.

En este momento en la salida del divisor tenemos una tensión con la amplitud que necesitamos, pero con una semionda positiva y una negativa, por lo que deberemos de ponerle un componente de continua.

 Este componente de continua lo conseguiremos a partir de la tensión que alimenta al circuito (más adelante explicaremos de dónde la sacamos), mediante otro divisor de tensión resistivo. Supongamos que la tensión de alimentación del microprocesador será de 5V, conseguiremos una tensión de 2,5V de nuevo con un divisor de tensión resistivo (podemos utilizar dos resistencias de 10K ohmnios y tomar el punto central).  

En este punto además añadiremos en este divisor un condensador electrolítico de 10 microfaradios con la finalidad de estabilizar la tensión.  

El circuito tiene ahora el siguiente aspecto:  

Circuito para medir la tensión

 Conectando la entrada de 5V a la alimentación del circuito y la salida tensión a medir al ADC del micro tendremos una tensión senoidal de 1,2V pico pico sobre una componente de continua de 2,5V, ya estamos preparados para medir la tensión.

Seguramente los más puristas dirán que el hecho de introducir una carga inductiva en la medición de la tensión generará errores en el factor de potencia, está prevista la corrección en una fase posterior de calibrado.

Una parte importante de estos artículos están basados en La nota de aplicación 465 de Atmel (aunque en este caso el método de medición de la tensión es diferente) y en los excelentes artículos publicados en http://openenergymonitor.blogspot.com/

¿Cual es el siguiente paso?  

  • Medir la intensidad con un transformador de corriente
  • Muestrear la tensión y la intensidad en el microprocesador
  • Corregir las desviaciones provocadas por la tolerancia de los componentes
  • Corregir las desviaciones provocadas por las impedancias de los transformadores
  • Calcular potencias reales, aparentes, consumos, etc.
  • Subir la info a Pachube
  • Hacer que esto funcione por Zigbee

   Es más sencillo de lo que parece……   

   

Deja un comentario