2014 ii c09t-sbc de un hidro generador

Universidad de Huánuco Facultad de Ingeniería de Sistemas e Informática

Agenda
•Base del Conocimiento
–Potencial Hidro Energético de la Región Huánuco
–Escenarios de Aplicación Energética
–Generadores Eléctricos
•Motor de Inferencia
–Control Automático de Generadores
–Programación del Arduino
•Medios de Comunicación
–Codiseño Hardware-Software
•Electrónica de Potencia
•Interface de Control

Acerca de la Región Huánuco

POTENCIALIDADES EN LA CUENCA DEL HUALLAGA
RECURSOS MINEROS
RECURSOS TURISTICOS
RECURSOS FORESTALES
RECURSOS DE HIDROCARBUROS
TIERRAS PRODUCTIVAS
POTENCIALIDADES EN LA CUENCA DEL PACHITEA
RECURSOS FORESTALES
RECURSOS MINEROS
RECURSOS AGROPECUARIOS
BIODIVERSIDAD
POTENCIALIDADES EN LA CUENCA DEL MARAÑON
RECURSOS MINEROS
Acerca de la Región Huánuco

Retos del Gobierno Regional Huánuco
¡Reducir la Pobreza en la Región Huánuco al 2021, del 64.5 % hasta menos del 14.5 % mediante Generación de trabajo vía APP – Pro Inversión!

Potencial Hidro Energético de la Región Huánuco
Nº
Central
Distrito
Provincia
Potencia (MW)
Inversión (Dólares)
01
Pico CH Huertas
Huacar
Ambo
20
30’000,000
02
Pico CH Panao
Panao-Chaglla
Pachitea
15
22’500,000
03
Pequeña CH Ambo
Ambo
Ambo
10
15’000,000
04
Mini CH Acomayo
Chinchao
Huánuco
1
1’500,000
05
Micro CH Colpa
Huánuco
Huánuco
0.4
600,000
06
Mini CH Quera
SantaMaría del Valle
Huánuco
2
3’000,000
07
Mini CH Cozo
Yarumayo
Huánuco
2
3’000,000
08
Micro CH Churubamba
Churubamba
Huánuco
0.5
750,000
09
Pequeña CH San Juan
Chavinillo
Yarowilca
10
15’000,000
10
Pequeña CH Vizcarra
Pachas
Dos de Mayo
5
7’500,000
11
Pequeña CH LLata
LLata
Huamalíes
4
6’000,000
12
Pequeña CH Chinchao
Chinchao
Huánuco
4
6’000,000
TOTAL: US. $.
110’850,000

Potencial Hidro Energético de la Región Huánuco
N°
Nombre
Potencia (MW)
Inversión
(Millones Dólares)
Este
Norte
Distrito
Provincia
01
C.H. Vizcarra
140.8
225.3
295014
8909449
Ripan
Dos de Mayo
02
C.H. Llata 1
210
385
308338
8943556
Llata
Huamalíes
03
C.H. Llata 2
200
366.7
309894
8932154
Llata
Huamalíes
04
C.H. Marañón 1
180
330
259028
9024441
Huacrachuco
Marañón
05
C.H. Marañón 2
200
366.7
256378
9033456
Canchabamba
Huacaybamba
06
C.H. Huallaga 1
165
302.5
366772
8862374
Huacar
Ambo
07
C.H. Huallaga 2
145
232
369298
8874693
Ambo
Ambo
08
C.H. Huallaga 3
116
185.6
394539
8952645
M.D. Beraun
Leoncio Prado
09
C.H. Huallaga
145
232
400204
8924673
Chaglla
Pachitea
TOTAL: US. $.
2,625’800,000.00
-
-
-
-

¿Cómo aprovechamos nuestro Recurso Hídrico?
Cambio Climático
•Reducción GEI
•Impulso para Forestación
•Mejora de la Agricultura Rural Sostenible
Ambiental
•Energéticamente sostenible
•Manejo de Residuos Sólidos
•Manejo de Aguas Servidas
•Promoción de Procesos Industriales Rurales

Modelando los Servicios Energéticamente Sostenibles
Micro Concesionario Eléctrico
•Pico Centrales (< 300 KW)
•Pequeñas Centrales (< 10MW)
Proveedores Intermediarios
•Distribuidores Agua Tratada
•Distribuidores de Agua para Riego
•Distribuidores de Energía para MYPES
•Distribuidores de Abono Orgánico
Productores Finales
•MYPES Agrícolas y Pecuarias
•MYPES de Bonos de Carbono
•MYPES Eco Turísticos

Pico Hidro Eléctricas para Forestación y Reforestación
Construcción de Pequeñas y Pico Centrales Hidroeléctricas en las Cuencas de Marañón, Huallaga y Pachitea.
Construcción de Canales y Reservorios de Riego Tecnificado 24*365 para Re/Forestación y Agricultura.
Emisión de Certificados de Reducción de Bonos de Carbono de áreas Rurales Forestadas.
Crianza de Cabras Lecheras.
Áreas Rurales Forestadas (Bosques y Forraje).
Producción de Queso.
Crianza Pecuaria Rural.
Producción de Carne.

Pico Hidro Eléctricas para Agricultura Rural Rentable
Construcción de Canales y Reservorios de Riego Tecnificado 24*365 para Reforestación y Agricultura.
Áreas Rurales con Agricultura de Riego 24 * 365.
Producción de Cultivos Orgánicos.
Producción de Frutos y Frutales.
Producción de Flores para Jardines.

Hidro Eléctricas para Manejo Eficiente de Residuos Sólidos
Construcción de Planta de Tratamiento de Residuo Sólido y Aguas Servidas.
Planta para Generación de Bio Gas.
Migración de matriz energética de Leña a BioGas en Zonas Rurales.
Agua para Riego y Agricultura.
Planta para Tratamiento de Aguas Servidas.
Planta para Generación de Abono Orgánico.
Abono Orgánico para Agricultura.

Pico Hidro Eléctricas para Reciclado Eficiente de Desechos
Construcción de Planta de Tratamiento de Reciclaje.
Planta para Desechos No Metálicos.
Generación de Papel Reciclado.
Generación de Metal Reciclado.
Planta para Desechos Metálicos.

Pico Hidro Eléctricas para Procesos Industriales de MIPES
Construcción de Planta de Industrialización de Lácteos.
Construcción de Planta de Industrialización de Carnes.
Construcción de Planta de Industrialización de Curtiembres.

Generadores Eléctricos
Cómo son las centrales de producción de energía eléctrica
TÉRMICA
NUCLEAR
HIDROELÉCTRICA
GEOTÉRMICA
SOLAR TÉRMICA
SOLAR FOTOVOLTAICA
EÓLICA
MAREMOTRIZ

Esquema de Transporte
Esquema de la red de transporte de energía eléctrica
Planta de generación
Red de transporte (200 kV-400 kV)
Parque de generación
Consumo industrial (132 kV-12,5 kV)
Consumo doméstico (220 V-380 V)
Subestación de distribución
Centro de control eléctrico

Generadores Eléctricos
220 V
220 V

Hidro Generadores
Las centrales hidroeléctricas utilizan una energía renovable, ya que el agua almacenada en los embalses, que es la energía primaria, es repuesta por el ciclo hidrológico natural. Junto con las centrales térmicas y las nucleares, son las más utilizadas en la actualidad.
Esquema de funcionamiento de una central hidroeléctrica
Compuerta
Presa
Embalse
Turbina
Generador
Transformador
Línea de transmisión

Aero Generadores
Las centrales eólicas aprovechan la energía del viento para producir electricidad; presenta inconvenientes, como un impacto visual negativo y la interferencia con las rutas de aves migratorias; además, se ve afectada por las condiciones meteorológicas.
Esquema de funcionamiento de un aerogenerador
Pala del rotor, generalmente construida en fibra de vidrio
Soporte o torre
Generador

Accionadores Eléctricos
CA/CC CC/CA
GS
excitación
Red
Sistema de Control
Señales de disparo
Sistemas eólicos de velocidad
variable con generadores
síncronos de IP

Accionadores Eléctricos
S
T
m
G G.A.D.A
control
sistema giratorio
resistencias
(*)
(*) comunicación óptica
Sistemas eólicos de
velocidad variable
con generadores de
inducción.

Convertidores Eléctricos
CA/CC
CC/CC
CA/CA
CC/CA
CA
CC

Conmutadores Electrónicos
IGCT

Convertidor CA/CC
Rectificador

Convertidor CC/CC
Características del troceador o chopper
Permite variar y controlar el valor medio de la tensión continua (Vo) con la que alimentamos una carga, mediante una entrada de tensión continua constante o variable (VDC) Pueden trabajar en los 4 cuadrantes (Vo , Io); lo mas frecuente es que trabajen en el cuadrante I, o bien en los cuadrantes I y II.

Convertidor CC/CC

Convertidor CC/CC
Tipos de choppers

Control de Generadores

Convertidor Back to Back
Back to Back
Matricial
Multinivel
Resonante
Inconvenientes
 Presencia del condensador en la etapa DC
 Elevadas pérdidas en la conmutación
Topología
Combina interruptores conectando convenientemente las entradas y salidas del convertidor, para obtener la corriente, tensión y frecuencia deseadas.

Convertidor Matricial
Ventajas
 los interruptores están aprovechados por igual: menos estrés térmico
 no necesitan condensador
Back to back
Matricial Multinivel Resonante
Inconvenientes
 la tensión de salida está limitada a 0,866 veces la de entrada : para dar = P: aumentar I en 1,15 veces la del back to back (aumentan Pcond).
 Al no tener C, si la tensión es desequilibrada, y se distorsionan las corrientes

Convertidor Multinivel
Back to back

Convertidor Multinivel
Ventajas
 para la misma distorsión la f de conmutación se reduce hasta el 25 %
 aunque hay mas Pcond, aumenta la eficiencia global
Back to back
Inconvenientes
 desequilibrios entre las tensiones DC obligan a realizar más medidas.
 desigual estrés de los semiconductores

Convertidor Resonante
Back to back

Convertidor Resonante
Ventajas
 menos pérdidas por conmutación
Back to back
Inconvenientes
 Hw, Sw más complejos (más sensores para mantener la resonancia)
 desequilibrios entre las tensiones DC

Comparación Convertidores
to back Matricial Multinivel Resonante
Comparación Nº Efic. TDH Implementación
Back to back
Multinivel

Lo que necesitamos …
Entradas Analógicas ADC
Salidas Analógicas PWM
Entradas Digitales
Salidas Digitales
Entrada-Salida Digital USB-RS232
Pantalla LCD
Memoria SD

Acerca del Microprocesador Atmega del Arduino
El Arduino utliza el Micro Procesador Atmega, y existen varias variantes, en base a los requerimientos del sistema a implementar, en concreto:

Entorno de Programación del Arduino

Manejo de Señales de Salida Digital
Salida Digital
Existen tres etapas en la programación de la Salida Digital del ATmega:
•Inicialización
•pinMode(pin,Modo);
•Modo: INPUT, OUTPUT
•Procesamiento
•digitalWrite(pin, Estado)
•Estado: LOW, HIGH
•Retardos
•delay(ms)
int ledPin = 9; // LED conectado al pin 9
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT);
// Configura el pin como salida
}
void loop()
{
digitalWrite(ledPin,HIGH);
// Encendemos el Led
delay(1000); //hacemos pausa 1seg
digitalWrite(ledPin,LOW);
// Apagamos el Led
delay(1000); //hacemos pausa 1seg
}

Manejo de Señales de Entrada Digital
Entrada Digital
Existen tres etapas en la programación de la Entrada Digital del ATmega:
•Inicialización
•pinMode(pin,Modo);
•Modo: INPUT, OUTPUT
•Procesamiento
•digitalRead(pin, Estado)
int ledPin = 13; // LED conectado al pin digital 13 int inPin = 7; // pulsador conectado al pin digital 7 int val = 0; // variable para almacenar datos void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); // configura pin 13 como salida digital pinMode(inPin, INPUT); // configura pin 7 como entrada digital } void loop() { val = digitalRead(inPin); // lee el pin de entrada digitalWrite(ledPin, val); // asigna el valor del pulsador al LED }

Manejo de Señales de Entrada Analógica ADC
Entrada Analógica
Los sensores análogos a diferencia de los digitales entregan una salida continua, ya sea de voltaje o corriente. Es decir, no solo 0 o 5V , si no que también valores intermedios.
Cada sensor posee su propia escala por lo que probablemente tendrás que ocupar matemáticas para poder calcular el valor correcto de la medición.
ADC: Conversor Analógico a Digital

Modulo ADC del ATmega
•El Arduino ATmega168 tiene hasta 6 entradas analógicas.
•El módulo ADC lee voltajes entre 0 hasta 5 voltios.
•Posee una resolución de 10 bits (1024 valores digitales).
•Posee una resolución de 5/1024= 4.8 mV.
•La función que permite leer un pin analógico, que entrega un valor digital entre 0 y 1023, que representa voltajes físicos entre 0 a 5 V es: int analogRead(pin)
int analogPin = 3; // potenciómetro conectado al pin 3 int val = 0; // variable para almacenar el valor leído void loop() { val = analogRead(analogPin); // Lee el pin de entrada (valor entre 0 a 1023) }

Ejemplo ADC-ATmega
int potPin = 2; // Pin A/I pot int ledPin = 13; // Pin D/O LED int val = 0; // variable que guarda valor del sensor void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); // ledPin output } void loop() { val = analogRead(potPin); // lee valor del sensor digitalWrite(ledPin, HIGH); // enciende LED delay(val); //detiene el programa por un tiempo determinado por la variable digitalWrite(ledPin, LOW); // apaga el LED delay(val); //detiene el programa por un tiempo determinado por la variable }

Manejo de Señales de
Salida Analógica PWM
Salida Analógica
El Chip Atmega para generar
salidas analógicas utiliza la
técnica de la Modulación Por
Ancho de Pulso ó PWM (Pulse
Width Modulation).
El PWM permite generar una
salida analógica a partir de una
salida digital, y posee tres
características:
• Vg=Altura (Heigth)
• Ton=Anchura (Width)
• Ts=Periodo (Period)
PWM: Modulación por Ancho de Pulso
Ts = Periodo de conmutación
Ton = Anchura del Ciclo de Trabajo
Vs = Voltaje De Salida Promedio = D * Vg
Ton Toff
Ts=Ton+Toff
D = Ton / (Ton+Toff)
Vg = Altura del Voltaje de Entrada

Manejo de Señales de
Vs=D * Vg = Voltaje de Salida Promedio .
Donde:
D = Ciclo de trabajo del conmutador.
0 ≤ D ≤ 1
Ts = Periodo de conmutación.
fs = (1/Ts) = Frecuencia de conmutación.
5 x 0.75=3.75 V
5 x 0.5=2.5 V
5 x 0.20=1 V

Manejo de Señales de Salida Analógica PWM
PWM Serie ATmega8 -> 9, 10 y 11 PWM Serie ATmega168 -> 3, 5, 6, 9, 10 y 11
El Chip Atmega usualmente tiene entre 3 a 6 salidas PWM que están marcadas en la placa del Arduino. Los pines analógicos PWM no necesitan ser declarados como modo de entrada o salida. Los comandos básicos del PWM son:
•analogWrite(pinPWM,value), escribe el valor especificado en el pinPWM, y debe tener un valor entre 0 y 255.
Aplicación del PWM para un Sistema Conversor de Lazo Cerrado

Manejo de RS232-USB
byte byteRecibido = 0;
void setup(void)
{
Serial.begin(9600);
}
void loop(void)
{
if (Serial.available()>0){
byteRecibo = Serial.read();
Serial.print(“ Byte recibido: ");
Serial.print(byteRecibo);
}
}
Módulo UART para Comunicación Serial
Configuración de la Velocidad de Transmisión

Manejo de Pantalla LCD
#include <LiquidCrystal.h> LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11, 12); void setup() { // configura columnas y filas: lcd.begin(16, 2); // Envia Mensaje al LCD en 1ra fila. lcd.print(“Saludos UDH…"); } void loop() { // se ubica en columna 0, linea 1 // linea 1 es la 2da fila : lcd.setCursor(0, 1); // muestra los segundos desde reset: lcd.print(millis()/1000); }
Aplicación de la Pantalla LCD

Manejo de Memoria SD
La Memoria SD puede ser manejado por los protocolos SPI o I2C.
Memoria SDC

Escritura en la Memoria SD
En el caso del módulo MICRO SD CARD Adapter es necesario hacer las siguientes conexiones:
-MOSI –> Pin 11 (La mayoría de las placas Arduino), para Arduino Mega: 51
-MISO –> Pin 12 (La mayoría de las placas Arduino), para Arduino Mega: 50
-CLK —-> Pin 13 (La mayoría de las placas Arduino), para Arduino Mega: 52 - CS ——> Pin 4 - 5V ——> 5V - GND –> GND - Potenciómetro conectado al Pin analógico 0

Código de Escritura en SD
//Incluimos la libreria SD. #include <SD.h> // Guardamos en que entrada de Arduino esta conectado el pin CS del modulo. const int chipSelect = 4; void setup(){ // Configuramos el puerto serie para informar de fallos a traves de el. Serial.begin(9600); // El pin CS por defecto de la placa arduino debe ser configurado como salida // aunque no se use (10 en la mayoria de las placas, 53 en Arduino Mega). pinMode(10, OUTPUT); // Si ha habido error al leer la tarjeta informamos por el puerto serie. if (!SD.begin(chipSelect)){ Serial.println("Error al leer la tarjeta."); return; } }

Código de Escritura en SD
void loop(){
// Creamos las variable donde vamos a guardar el valor del potenciometro.
int pot=0;
// Leemos los datos del potenciometro.
pot=analogRead(0);
// Abrimos el fichero donde vamos a guardar los datos (Si no existe se crea automaticamente).
File dataFile = SD.open("valorpot.txt", FILE_WRITE);
// Si el fichero es correcto escribimos en el.
if (dataFile) { // Escribimos en el fichero "POT: "
dataFile.print("POT: ");
// A continuacion escribimos el valor de la variable pot y saltamos a la linea siguiente.
dataFile.println(pot);
dataFile.println("-----5s-----"); // Cerramos el archivo.
dataFile.close(); // Avisamos de que se ha podido escribir correctamente.
Serial.println("impresion correcta");
// Si no pudimos escribir en el fichero avisamos por el puerto serie.
}else{
Serial.println("Error al escribir en valorpot.txt");
} // Esperamos 5s para tomar la siguiente medida.
delay(5000);
}

Código de Lectura del SD
//Incluimos la libreria SD. #include <SD.h> // Guardamos en que entrada de arduino esta conectado el pin CS del modulo. const int chipSelect = 4; void setup(){ // Configuramos el puerto serie para informar de fallos a traves de el. Serial.begin(9600); // El pin CS por defecto de la placa arduino debe ser configurado como salida // aunque no se use (10 en la mayoria de las placas, 53 en Arduino Mega). pinMode(10, OUTPUT); // Si ha habido error al leer la tarjeta informamos por el puerto serie. if (!SD.begin(chipSelect)){ Serial.println("Error al leer la tarjeta."); return; } //Escribimos el programa dentro del setup para que solo se ejecute una vez. // Abrimos el archivo. File dataFile = SD.open("leeme.txt"); // Si lo hemos podido abrir correctamente: if (dataFile) { // Mostramos un aviso de comienzo del txt Serial.println("* A continuacion se muestra el contenido de leeme.txt:"); // Mandamos sus datos por el puerto serie. while (dataFile.available()) { Serial.write(dataFile.read()); } // Cerramos el archivo. dataFile.close(); // Si no hemos conseguido abrir el archivo mandamos un error. }else { Serial.println("Error al abrir leeme.txt"); } } //No escribimos nada dentro del loop. void loop() { }

Manejo de GPRS
Shield GPRS permite acceder a la red móvil GSM con tecnología celular vía el Chip SIM Card para enviar o recibir mensajes de texto.
Aplicación del PWM para un Sistema Conversor de Lazo Cerrado

Características del GPRS
•Quad-Band 850 / 900/ 1800 / 1900 MHz - trabaja en cualquier red GSM.
•GPRS multi-slot class 10/8
•GPRS mobile station class B
•Compliant to GSM phase 2/2+
–Class 4 (2 W @ 850 / 900 MHz)
–Class 1 (1 W @ 1800 / 1900MHz)
•Control via AT commands - Standard Commands: GSM 07.07 & 07.05 | Enhanced Commands: SIMCOM AT Commands.
•Short Message Service SMS - permite enviar mensajes de texto en formato ASCII o hexadecimal.
•Embedded TCP/UDP stack - permite enviar datos a un servidor web.
•RTC supported.
•Selectable serial port.
•Speaker and Headphone jacks
•Low power consumption - 1.5mA(sleep mode)
•Industrial Temperature Range - -40°C to +85 °C

Configuración del GPRS

Redes de Sensores en la Industria Alimentaria
Arquitectura Inalámbrica para Agricultura de Precisión

Monitoreo de Bovinos a través de Sensores Inalámbricos

Gestión de Incendios Forestales a través de Sensores Inalámbricos

E-Salud a través de Sensores Inalámbricos

Tarea para Casa
Realice un diseño basado en Arduino de
un Hidro Generador Eléctrico.

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Aprender Haciendo!!!

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