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Preparación de Artículos revista VISIÓN ELECTRÓNICA Fecha de envío: 11 de abril de 2018
Fecha de recepción: 27 de abril de 2018 Fecha de aceptación: 15 de mayo de 2018
1 estudiante de tecnología en electrónica (ciclos propedéuticos). Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Facultad Tecnológica. E-mail: [email protected] 2 estudiante de tecnología en electrónica (ciclos propedéuticos). Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Facultad Tecnológica. E-mail: [email protected] 3 Ing. Electrónica, Especialista en telecomunicaciones móviles, maestría en docencia, directora semillero de investigación SITA. Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Facultad Tecnológica. E-mail: [email protected]
SISTEMA DE ADQUISICIÓN Y COMUNICACIÓN INALÁMBRICA DE
VARIABLES SENSADAS DEL PROTOTIPO UNIFICADO
(AEROGENERADOR DE EJE VERTICAL, ANEMOMETRO E
HIGROMETRO) HACIA UN ORDENADOR.
SYSTEM OF ACQUISITION AND WIRELESS COMMUNICATION OF
SENSATED VARIABLES OF THE UNIFIED PROTOTYPE (VERTICAL
AEROGENERATOR, ANEMOMETER AND HIGROMETER) TOWARDS
A COMPUTER.
Forero Sierra Brayan Andres1, Molano Gomez Christian Leonardo2, Castañeda Tibaquirá Dora Lilia3.
Resumen:
Este documento describe el desarrollo de un sistema de adquisición y comunicación
inalámbrica de variables sensadas desde un prototipo unificado (Aerogenerador de eje vertical
tipo Savonius, Anemómetro e higrómetro) hacia una interfaz en el software LabVIEW en un
ordenador. El aerogenerador de eje vertical tipo Savonius fue creado a una escala menor por
sus proponentes siguiendo el diseño implementado en la Universidad Distrital Francisco José
de Caldas facultad Tecnológica, el anemómetro fue elaborado e implementado por sus
proponentes para la medición de la velocidad del viento, y se dio uso del sensor higrómetro
DHT22 para obtener la medición de las variables humedad y temperatura.
Para obtener la medición de las variables del prototipo unificado se empleó el sensor de
corriente, sensor de voltaje, un sensor tipo herradura para la medición de la velocidad del viento
y el sensor infrarrojo para la medición de revoluciones por minuto(rpm) del aerogenerador de
eje vertical tipo Savonius; Para adquirir y procesar las variables sensadas: corriente, humedad,
revoluciones por minuto, temperatura, velocidad del viento y voltaje, se usó el microcontrolador
FRDM-KL25Z desarrollado por Freescale semiconductor Inc..
La comunicación inalámbrica se desarrolla a partir del procesamiento de datos por el
microcontrolador FDRM-KL25Z y su posterior transmisión mediante el uso del software XCTU
versión 6.3.12 y el módulo de comunicación inalámbrica XBee pro-serie 1 (transmisor)
desarrollado por DIGI Internatiotal, el cual maneja el protocolo de comunicación de redes
inalámbricas IEEE (802.15.4 ) para la comunicación; Usando el complemento del módulo de
comunicación inalámbrica Xbee pro serie 1 (Receptor) se logra obtener los datos procesados
a una distancia máxima de 70 metros ( trasmisor - receptor) en un ordenador.
Con los datos en el ordenador se realiza una interfaz en el software LabVIEW donde se obtiene
la visualización en tiempo real de las variables sensadas y su almacenamiento en la aplicación
Microsoft Excel según se requiera.
Palabras clave: Adquisición, Comunicación Inalámbrica, Procesamiento de datos, Interfaz,
visualización.
Abstract:
This document describes the development of a system for acquisition and wireless
communication of variables sensed from a unified prototype (Savonius vertical axis wind
turbine, anemometer and hygrometer) to an interface in LabVIEW software on a computer. The
Savonius type vertical axis wind turbine was created on a smaller scale by its proponents
1 estudiante de tecnología en electrónica (ciclos propedéuticos). Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Facultad Tecnológica. E-mail: [email protected] 2 estudiante de tecnología en electrónica (ciclos propedéuticos). Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Facultad Tecnológica. E-mail: [email protected] 3 Ing. Electrónica, Especialista en telecomunicaciones móviles, maestría en docencia, directora semillero de investigación SITA. Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Facultad Tecnológica. E-mail: [email protected]
following the design implemented at the Francisco José de Caldas District University Faculty
of Technology, the anemometer was developed and implemented by its proponents for the
measurement of wind speed, and the DHT22 hygrometer sensor was used to obtain the
measurement of humidity and temperature variables. To obtain the measurement of the
variables of the unified prototype, the current sensor, voltage sensor, a horseshoe sensor for
the wind speed measurement and the infrared sensor for the measurement of revolutions per
minute (rpm) of the wind turbine were used. vertical axis type Savonius; To acquire and process
the sensed variables: current, humidity, revolutions per minute, temperature, wind speed and
voltage, the FRDM-KL25Z microcontroller developed by Freescale semiconductor Inc. was
used. The wireless communication is developed from the data processing by the microcontroller
FDRM-KL25Z and its subsequent transmission through the use of software XCTU version
6.3.12 and the wireless communication module XBee pro-series 1 (transmitter) developed by
DIGI International, which handles the IEEE wireless network communication protocol
(802.15.4) for communication; Using the complement of the Xbee pro series 1 wireless
communication module (Receiver) it is possible to obtain processed data at a maximum
distance of 70 meters (transmitter - receiver) in a computer. With the data in the computer, an
interface is made in the LabVIEW software where the real-time visualization of the sensed
variables and their storage in the Microsoft Excel application is obtained as required.
Key Words: Acquisition, Wireless Communication, Data Processing, Interface, visualization.
1 Introducción
El objetivo principal de este trabajo fue diseñar un sistema de adquisición y comunicación
inalámbrica para los datos adquiridos de un prototipo unificado funcional (aerogenerador de
eje vertical tipo Savonius, anemómetro e higrómetro) hacia un ordenador, donde serán
visualizadas las variables sensadas en el software LabVIEW y almacenadas en la aplicación
de Microsoft Excel en tiempo real.
El proyecto surge para dar un aporte alternativo a menor escala a la problemática de
contaminación ambiental, busca aprovechar las formas en que puede utilizarse la tecnológica
para la interacción hombre-maquina, a partir de la comunicación inalámbrica planteando una
solución de cobertura eléctrica y comunicación inalámbrica para zonas urbanas donde pueda
aprovecharse la energía eólica creando beneficios a la comunidad en aspectos ambientales,
económicos y sociales.
Se hizo una revisión de proyectos implementados similares donde tratan la generación de
energía eléctrica por medio de aerogeneradores y su diseño dimensional. Como el “Diseño y
Construccion de un prototipo de turbina eolica de eje vertical para generacion de baja potencia”
realizado por Oscar I. Orduz & Julián E. Suarez, allí los autores contemplan los aspectos
generales del diseño de un rotor de eje vertical de alabe recto que incluye el desarrollo de un
alternador de imanes permanentes para acople directo al equipo y la implementación de un
sistema básico de rectificación de corriente, la finalidad del prototipo fue principalmente para
efectuar pruebas de medición y evaluación de parámetros de diseño y operación; El prototipo
planteado en el proyecto corresponde a un aerogenerador tipo Darrieus Giro Mill, los
parámetros usados para su diseño fueron una velocidad nominal del viento de 7 m/s, y una
potencia requerida de 50W [1].
Basados en los resultados del proyecto implementado en la UDFJC “Diseño y construcción de
un prototipo de turbina eólica de 60 W, para suministro eléctrico de zonas urbanas” realizado
por Daniel E. Lugo & Laura D. Bejarano [2], proyecto que consiste en el diseño y elaboración
de un aerogenerador de eje vertical que produce 10 W sometido a una velocidad del viento de
3.5m/s (velocidad máxima del viento a la que está sometida la ubicación geográfica de la
facultad Tecnológica de la UDFJC); El proyecto únicamente se enfocó en la producción de
energía y el tipo de aerogenerador más eficaz para su producción según las condiciones
geográficas de la zona[2]; Con estos resultados se diseñó e implemento un prototipo de
aerogenerador de eje vertical tipo Savonius a la mitad de escala del implementado por Daniel
E. Lugo & Laura D. Bejarano, esto con el fin de diseñar un sistema de adquisición y
comunicación inalámbrica para los datos adquiridos de un prototipo unificado funcional
(aerogenerador de eje vertical tipo Savonius, anemómetro e higrómetro) hacia un ordenador.
Para el desarrollo del proyecto se evaluaron componentes necesarios para su funcionamiento
desde una perspectiva costo-eficiencia; El microcontrolador que se usó para adquirir los datos
en tiempo real fue FDRM-KL25Z desarrollado por Freescale.
Para adquirir los datos en tiempo real del prototipo unificado (humedad relativa, potencia,
revoluciones por minuto (Rpm), temperatura y velocidad del viento) se usaron sensores de fácil
acceso en el mercado y se elaboró e implemento el anemómetro para medir la velocidad del
viento. La comunicación inalámbrica entre el prototipo unificado y el ordenador se logra con el
uso de los módulos de comunicación XBee Pro-serie 1 (TX/RX).
Para la visualización de las variables sensadas en el ordenador, se usa el software de lenguaje
de programación grafico LabVIEW desarrollado por National Instruments y el archivado de las
variables en la aplicación Microsoft Excel en tiempo real.
Para el desarrollo del objetivo “Diseñar un sistema de adquisición y comunicación inalámbrica
para las variables sensadas de un prototipo unificado funcional (aerogenerador de eje vertical
tipo Savonius, anemómetro e higrómetro) hacia un ordenador”, se divide el objetivo en cuatro
etapas de operación: Aerogenerador y viento, Adquisición y procesamiento de variables,
Comunicación inalámbrica y Visualización-archivado de los datos. En adelante de este
documento se especifica las cuatro etapas, al igual que resultados y conclusiones obtenidas
del desarrollo del proyecto.
2 Etapas de Operación
2.1 Aerogenerador y viento
2.1.1 Implementación de prototipo
Se realizo la réplica a escala del prototipo de aerogenerador de eje vertical tipo Savonius
prototipo B (figura 1b) sobre la azotea de una vivienda de tres plantas ubicada en el barrio la
fiscala, Localidad de Usme-Bogotá D.C. siguiendo los parámetros de diseño e implementación
estructural y mecánico (Tabla 1) del prototipo A (figura1a), implementado en la Universidad
Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica Basado en el estudio y
recomendaciones realizadas por Lugo G. Daniel & Bejarano A. Laura en su proyecto [2].
Comparación de dimensiones de los prototipos
Parámetro Prototipo A Prototipo B
Altura total alabe 2.4 metros 1.2 Metros
Diámetro tapa 1.2 metros 0.6 Metros
Longitud alabe 1.2 metros 0.6 Metros
Velocidad promedio del viento según localidad
Ciudad Bolívar (1,6-1,8) Usme (1,8-2,0)
Torque 42.15 (Newton-metro) 21.075 (Newton-metro)
Fuerza sobre el eje 29.36 (Newton) 14.68(Newton)
Material del eje Acero Acero
Material de los alabes Lámina galvanizada Lámina galvanizada
Tabla 1.Parametros de diseño e implementación de los prototipos.
Figura 1 De izquierda a derecha a) Prototipo A implementado en las instalaciones UDFJC de C. b) Prototipo B implementado en la localidad de Usme.
2.1.2 Generador de energía
Para transformar la energía mecánica a energía eléctrica se implementa en el aerogenerador
de eje vertical un motor marca Vexta bifásico, modelo c7640-91212k que tiene un rango de
operación de voltaje - corriente 12 VDC a 1A (Figura 2) [3]. Se realizan pruebas de voltaje Ac
generado por bobina y su suma en serie Vs revoluciones máximas por minuto proporcionadas
por un taladro (7000 Rpm), obteniendo la siguiente tabla.
Figura 1.Generador eléctrico y su implementación
Al Analizar el voltaje AC entregado por el generador en cada bobina y en conexión serie de
estas, se establece que existe un aumento significativo de voltaje cuando están conectadas
serie, razón por la cual se opera en esta configuración.
2.1.3 Rectificación y almacenamiento de voltaje
La etapa de rectificación toma la señal de entrada de corriente alterna (ac) entregada por el
Aerogenerador y la convierte en señal de corriente directa (dc) a la salida, se usa un puente
rectificador para entregar 7.6 voltios dc [4], voltaje de carga óptimo para la batería 6V10AH
(Figura 3) según la hoja técnica de la batería [5]. Se establece a partir de pruebas
experimentales el umbral de voltaje de carga en 6.5 VAC ya con la etapa de rectificación y
regulación.
Figura 3.Batería aroma 6V 10AH 20HR[5].
2.1.4 Potencial Eólico
El aerogenerador se instaló en la localidad de Usme, Bogotá, Colombia de tal modo que es
necesario conocer las condiciones ambientales en la zona; Para ello se usa el informe anual
de calidad del aire 2016, el cual consta de 15 estaciones de medición (Figura 4) distribuidas
en la ciudad de Bogotá, las cuales miden la precipitación de lluvia (mm), la velocidad del viento
(m/s), temperatura (°C), inversiones térmicas y radiación solar (W/m²); En la figura 1 se observa
que la velocidad del viento promedio para la localidad de Usme esta entre (1.6-1.8) m/s[6].
Figura 4 Velocidad (superficie en colores y vectores) y dirección (vectores)del viento en Bogotá durante 2016 [6]
2.2 Adquisición y procesamiento de datos
2.2.1 Adquisición de datos
Para adquirir las variables a sensar: humedad relativa, potencia, revoluciones por minuto
(Rpm), temperatura y velocidad del viento. se tuvo en cuenta la eficiencia y el consumo de
cada uno de los sensores encargados de testear las variables.
2.2.1.2 Humedad y temperatura
Para sensar las variables de temperatura y humedad relativa se dio utilizo el sensor higrómetro
DHT22 (Figura 5), conectado a la salida digital 5v del microcontrolador FDRM-KL25z; este
sensor tiene un rango de medición de temperatura de -40°C a 80°C, precisión de medición de
temperatura: <±0.5 °C, resolución temperatura: 0.1°C, rango de medición de humedad: De 0 a
100% RH, precisión de medición de humedad: 2% RH [7], .
Figura 5.Higrómetro DHT22 vista frontal y trasera[7]
2.2.1.3 Potencia
Para obtener el valor de la potencia entregada por el aerogenerador se implementa mediante
software la ecuación de potencia en la plataforma de programación Mbed Compiler donde se
relaciona la adquisición del sensor de corriente ACS712 producida por el aerogenerador y
sensor de voltaje FZ0430 producido por el aerogenerador (Figura 6).
Figura 6 Código en Mbed Compiler
Sensor de corriente ACS712
El sensor de corriente ACS712 (Figura 7) opera con un sensor de efecto Hall que
detecta el campo magnético que se produce por inducción la corriente que circula por
la línea que se está midiendo, dando una resolución de 0.125 mV por amperio leído.
Trabaja con una salida análoga de 2.5 a 5 voltios dc la cual es configurada mediante software
Mbed Compiler y entrega un valor análogo entre 0.125 mA a 20 A [8]
Figura 7. Sensor de corriente conectado a la KL25z [8]
Sensor de voltaje FZ0430
Este sensor (Figura 8) opera como un divisor de voltaje, en el proyecto esta acoplado a la
salida de rectificador de onda y su salida digital es conectada al microcontrolador FDRM-
Kl25Z para obtener lectura, su rango de lectura es de 0.02445 a 25 voltios, una resolución
de aproximadamente 0.00489V (5V/1023), por lo que el mínimo valor de tensión a detectar
es de 0.02445V[9].
Figura 8. Sensor de voltaje conectado a la KL25z [11]
2.2.1.4 Velocidad
Revoluciones por minuto (rpm)
Para determinar las revoluciones por minuto del aerogenerador se dio uso el sensor óptico
de reflexión CNY70 (Figura 9) de rayos infrarrojos de corto alcance basado en un emisor
de luz y un receptor, ambos apuntando en la misma dirección; Cuyo funcionamiento se
basa en la capacidad de reflexión del objeto [10]; En el proyecto se elaboró una tira de
papel de 6 franjas acoplado al eje del aerogenerador Savonius intercaladas entre el color
negro el cual refleja el rayo dispersa y el color blanco que lo refleja (Figura 10), para de
esta manera detectar pulsos y mediante el procesamiento del microcontrolador permitir
adquirir un valor de revoluciones por minuto para el aerogenerador de eje vertical tipo
Savonius.
Figura 9. Sensor CNY70 Figura 10. Autor Implementación del Sensor
Velocidad del viento
Para determinar la velocidad del viento ala que esta expuesto el aerogenerador se implementó
un sensor tipo herradura (Figura 11a) el cual permite contar los pulsos a partir de interrupciones
de luz entre el emisor y receptor[11], para desarrollar esta función en él proyecto (Figura 11b)
se acoplo a un eje rotacional que tiene acoplado en su extremo superior tres veletas que
adquieren movimiento a partir de la fuerza de arrastre del viento y en su extremo inferior un
disco con ranuras las cuales interrumpen las emisiones de luz entre emisor receptor,
permitiendo el conteo de las interrupciones para ser adquiridos y procesados mediante el
microcontrolador FDRM KL25Z y de allí obtener el censo de la velocidad del viento (m/s).
Figura 11. Izquierda a derecha, a) Sensor tipo herradura b) Acople en el proyecto.
2.2.1.5 Anemómetro
Un anemómetro es un instrumento utilizado para medir la velocidad del flujo del aire en un
lugar determinado[12]; para diseñar e implementar un anemómetro se usó elementos de forma
cóncava para simular las aspas del mismo y de eje rotacional se utilizó un motor dc de baja
potencia para hacer la menor fricción posible; Se acoplo un sensor tipo herradura para la
detección de pulsos y así poder determinar la velocidad del viento en (k /h) a partir del número
de pulsos detectados por el sensor (Figura 12).
Figura 12. Anemómetro casero acoplado a la estructura del aerogenerador.
2.2.2 Procesamiento de datos
Microcontrolador FRDM-KL25Z
La tarjeta Freescale FRDM-KL25Z (Figura 13) se desarrolla en Mbed Compiler que utiliza el
motor de compilación ARM RVDS 4.1 y el lenguaje de programación C++. Las características
que influyeron en usar este microcontrolador son su procesador ARM® MKL25Z128VLK4 MCU
A 48 MHz, 128 Kb flash, 16 Kb RAM, USB, su poco consumo de potencia, tiempo cortos para
ejecutar instrucciones, su bajo costo y fácil adquisición en el mercado local [13].
Figura 13. Apariencia superior y periféricos del microcontrolador FDRM KL25z.
El código fue desarrollado en su totalidad en Mbed Compiler con un bajo porcentaje de uso de
memoria Flash y RAM (Figura 14), se usa librería DHT para la lectura de las variables
humedad relativa y temperatura debido al hardware del sensor higrómetro DHT22, el cual se
comunica por un único pin digital bidireccional para sensar las dos variables, el tiempo de
refrescado de los datos adquiridos se estipula en como mínimo en un segundo, según la hoja
técnica del sensor [7], y se comprueba mediante software la correcta medición de las variables
para ese tiempo.
Figura 14 Uso de memoria Flash y RAM
Para las demás variables potencia, revoluciones por minuto (rpm), velocidad del viento (Km/h)
se programa sin tener retardo alguno, únicamente el tiempo de ejecución del microcontrolador
por instrucción, una vez adquiridos los datos en el microcontrolador FRDM KL25z a partir del
código en Mbed Compiler, se empaquetan los datos para ser transmitidos de manera
inalámbrica por el módulo de comunicación XBee Pro-Serie1 (Tx) al ordenador.
2.3 Comunicación inalámbrica
2.3.1 Módulos de comunicación inalámbrica XBee pro-serie 1 (TX/RX)
Para lograr la comunicación inalámbrica desde la caja maestra (circuitos eléctricos,
Microcontrolador y sensores) hacia el ordenador con la interfaz de visualización en LabVIEW
es necesario hacer uso de estos módulos (Figura 15) ya que son versátiles en cuanto alcance,
consumo de potencia y costo; Su salida de datos se transmite en serie desde el Uart utilizando
el formato 8-N-1 (bit de inicio, ocho bits de datos (el menos significativo primero) y un bit de
parada) [14]. Al realizar las pruebas de alcance de la comunicación entre la caja maestra y el
ordenador, se estipulo un máximo alcance de 60 metros consumiendo alrededor de 60 mW;
se estipulo esta distancia como máxima con pruebas de comunicación que consistían en alejar
el módulo XBee pro-serie1 (Rx) de la caja maestra.
Figura 15 Módulos XBee pro-serie 1, de izquierda a derecha (Receptor-Transmisor) [14]
2.3.2 Software XCTU Versión 6.3.12
La finalidad de este software diseñado por DIGI International Inc. (Figura 16), en el proyecto
es la de administrar, configurar y actualizar el firmware de los módulos de radio frecuencia
(XBee Pro-serie 1), basados en el estándar de red inalámbrica de área personal con tasa baja
de transmisión de datos (Low-rate Wireless Personal Área Network LR-WPAN) o protocolo de
comunicación IEEE 802.15.4 [15]. Se configura las direcciones únicas de cada módulo XBee
pro-serie1 (Destination Address High DH y Destination Address Low DL) para ambos módulos
XBee (TX-RX) implementados en el proyecto para lograr su comunicación[15].
Figura 16 Plataforma de configuración de direcciones de destino para los módulos XBee.
2.4 Visualización y Almacenamiento
Interfaz de visualización
Se dio uso al software LabVIEW NI versión 2016 [16], el cual usa lenguaje de programación
grafico idóneo para diseñar la interfaz de visualización personalizada para las variables
sensadas: humedad relativa, potencia, revoluciones por minuto (Rpm), temperatura y
velocidad del viento (Figura 17). Luego de su recepción inalámbrica por parte del módulo
receptor XBee pro-serie 1, se emplea la comunicación serial para enlazar LabVIEW versión
2016 (64-bit) con el módulo XBee Pro-serie 1 para la visualización de las variables en tiempo
real y su posterior almacenamiento según lo decida el usuario en la aplicación Microsoft
Excel.
Figura 17. Autor. Interfaz de visualización en el software LabVIEW
Almacenamiento
para el almacenamiento de las variables en tiempo real se usa aplicación Microsoft Excel;
Desde el Software LabVIEW se inicia según lo requiera el usuario el archivado de la cantidad
de datos que desee.
3. Resultados
Se logra a satisfacción implementar el prototipo a escala del aerogenerador
implementado en la UDFJC Facultad Tecnológica, en la localidad de Usme sobre una
azotea de una vivienda que consta de tres plantas una altura total aproximada de
nueve metros.
Para la selección de los materiales con los cuales se elaboró el aerogenerador de eje
vertical tipo Savonius se consideraron diferentes características (costo, densidad,
maleabilidad, resistencia).
El sistema adquisición de las variables sensadas: humedad relativa, potencia,
revoluciones por minuto (Rpm), temperatura y velocidad del viento se llevó a cabo de
manera satisfactoria, la adquisición de variables no presentó alteraciones de datos.
La comunicación inalámbrica desde la caja maestra del prototipo unificado hacia un
ordenador se llevo a cabo de manera satisfactoria. La comunicación no presentó
errores, ni retardos en tiempo al momento de visualizar las variables en el software
LabVIEW.
La interfaz gráfica de visualización en el software LabVIEW permite al usuario escoger
si desea almacenar el dato en la aplicación Microsoft Excel o solo monitorear las
variables.
Con las condiciones de potencial eólico que cuenta la localidad de Usme Bogotá,
Colombia el aerogenerador de eje vertical tipo Savonius dio resultados bastante
favorables, al ser un dispositivo de eje vertical aprovecha las corrientes de viento en
diferentes direcciones.
La transmisión mecánica compuesta por un piñón con relación de transmisión directa
de 1 a 2 acoplada con el generador eléctrico bifásico Vexta suministra una capacidad
de 6.9 watts; lo que evidencia que tiene mayor rendimiento comparado al
implementado en las instalaciones de la UDFJC Facultad Tecnológica [2] (Tabla 3).
Ubicación de prototipo
aerogenerador
Velocidad promedio
(m/s)
Potencia generada
Tamaño de alabes
Longitud-ancho
Tamaño de eje Longitud-ancho
Localidad de Usme-Bogotá
Colombia
3.0 6.6 0.30*0.60 metros 1.4*1” metros
Localidad Ciudad Bolívar UDFJC
Facultad Tecnológica
3.5 10 0.6*1.2 metros
2.4*1” metros
Tabla 2 Comparación de potencia prototipos
La autonomía de la batería 6V10AH para mantener la alimentación de los periféricos
que se usaron y el microcontrolador FDRM KL25Z es alrededor de 5 horas sin recibir
carga; es el resultado de cinco pruebas que consistían en observar la descarga de la
batería totalmente cargada y conectar la caja maestra (Microcontrolador y periféricos)
en función del tiempo [Figura 18].
Figura 18 Descarga de la batería en función del tiempo
Se analizan datos medidos de corriente, potencia, revoluciones por minuto (rpm), (Tabla 3) al igual que la relación potencia vs rpm (Figura 19) y relación de corriente - ganancia (Figura 20).
Rpm Corriente
(mA) Potencia
(mW)
0 680 4116
60 680 4365.
120 740 47
180 840 5463
240 1010 5572
300 1230 6575
360 1410 6.940
Tabla 3 Relación rpm -corriente -potencia
Figura 19 Potencia vs Rpm
Figura 20 Diagrama de relación consumo corriente ganancia
0
200
400
600
800
1000
1200
60 120 120 180 180 240 180 180 120 60 0
RPM
CORRIENTE RESPECTO A LAS RPM DEL AEROGENERADOR
CORRIENTE (mA) CONSUMO (mA) GANANCIA (mA)
La potencia tomada, no inicia desde cero, puesto que al estar sin movimiento el
aerogenerador, la potencia será de consumo por el sistema electrónico.
Se obtienen picos de voltaje alterno que superan 25 V (ac) pero al no ser constante la
fuerza del viento no es posible cargar la batería en intervalos de tiempo continuos, A
pesar de que la localidad de Usme tiene una velocidad promedio de 1.6 a 1.8 (m/s).
La comunicación inalámbrica entre módulos XBee Pro-serie 1 (TX-RX) tiene un alcance
máximo de 80 metros sin obstáculos que afecten desvíen y/o distorsionen recepción
transmisión de la señal, según la prueba de los módulos en comunicación directa
(comunicarlos en línea recta).
Conclusiones
Se cumple con el objetivo de diseñar un sistema de adquisición y comunicación
inalámbrica para las variables sensadas de un prototipo unificado funcional
(aerogenerador de eje vertical tipo Savonius, anemómetro e higrómetro) hacia un
ordenador donde son visualizadas en tiempo real con opción para un usuario de
archivar los datos para futuros estudios.
De acuerdo con las pruebas realizadas para diseñar el rectificador AC-DC en función
de la producción de corriente alterna (Ac) que entrega el aerogenerador, muestra que
hay franjas horarias durante el día en que la velocidad del viento no es aprovechable y
por ende solo hay consumo.
El aerogenerador ubicado en la localidad de Usme es más eficiente en un 72.46 %
con respecto al implementado en las instalaciones de la UDFJC Facultad Tecnológica.
El tiempo de descarga de la batería es 5 horas, si en ese tiempo no hay corrientes de
viento que superen el umbral de carga de la batería no podrá mantenerse la
comunicación y la medición de las variables.
Detectar una variación de las variables sensadas en la interfaz gráfica de LabVIEW
requiere que al menos sea 1.25 segundos.
La comunicación inalámbrica entre módulos XBee Pro-serie 1 (TX-RX) tiene un alcance
máximo de 63 metros al rededor del origen, es decir de la ubicación de la caja maestra
al ordenador con el módulo XBee Pro-serie 1 (RX).
El uso de los módulos inalámbricos XBee pro-serie 1 (TX-RX) fue una gran elección
pues el alcance de comunicación, velocidad de transmisión de los datos con respecto
al consumo de potencia es menor respecto a otros tipos de comunicación inalámbrica
como Bluetooth o Wireless local área network (WLAN).
Referencias Bibliográficas
[1] O. OSCAR and S. JULIAN, “Diseño Y Construccion De Un Prototipo De Turbina Eolica
De Eje Vertical Para Generacion De Baja Potencia,” p. 172, 2011.
[2] D. Enrique and L. García, “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
TURBINA EÓLICA DE 60 W , PARA SUMINISTRO ELÉCTRICO DE ZONAS URBANAS
Resumen,” Univ. Dist. Fr. José Caldas Fac. Tecnológica, p. 10, 2015.
[3] “Oriental Motor PX-243M-03AA - In Stock, We Buy Sell Repair, Price Quote.” [Online].
Available: https://www.artisantg.com/TestMeasurement/63500-
40/Oriental_Motor_PX_243M_03AA_2_Phase_Vexta_Stepping_Motor. [Accessed: 10-
Mar-2018].
[4] Hector Torres, “Rectificador de Onda Completa - Puente de Diodos - HETPRO
TUTORIAL.” [Online]. Available: https://hetpro-store.com/TUTORIALES/rectificador-de-
onda-completa/. [Accessed: 10-Apr-2018].
[5] “Sealed Lead Acid Batteries 6V 10AH Sealed Lead Acid Battery Toys & Consumer
Electronics Electric Equipment and Specifications,” vol. 2329, pp. 8–9.
[6] Secretaría Distrital de Ambiente, “Informe Anual de Calidad del Aire en Bogotá 2016.,”
p. 187, 2016.
[7] T. Liu, “Digital Humidity and Temperature sensor,” Adfruit, pp. 1–5, 2016.
[8] A. Microsystems, “Acs712,” pp. 1–16, 2017.
[9] “Sensor de voltaje FZ0430 ~ ARCA ELECTRÓNICA.” [Online]. Available:
http://arcaelectronica.blogspot.com.co/2017/12/sensor-de-voltaje-fz0430.html.
[Accessed: 10-Apr-2018].
[10] V. Semiconductors, “Vishay Semiconductors BLOCKING FILTER TEST CONDITION
SYMBOL VALUE SYMBOL,” Reflective Opt. with transistor output, p. 11, 2012.
[11] O. I. Switch, “Optical Interrupter Switch,” vol. 972, pp. 1–5, 2001.
[12] “Anemómetro.” [Online]. Available: https://es.omega.com/prodinfo/anemometros.html.
[Accessed: 10-Apr-2018].
[13] I. Freescale semiconductor, “FRDM-KL25Z|Freedom Development Platform|Kinetis
MCU|NXP.” [Online]. Available: https://www.nxp.com/products/processors-and-
microcontrollers/arm-based-processors-and-mcus/kinetis-cortex-m-mcus/l-seriesultra-
low-powerm0-plus/freedom-development-platform-for-kinetis-kl14-kl15-kl24-kl25-
mcus:FRDM-KL25Z. [Accessed: 10-Apr-2018].
[14] Digi International, “XBee ® /XBee-PRO ® RF Modules,” Prod. Man. v1.xEx-802.15.4
Protoc., pp. 1–69, 2009.
[15] Digi International Inc., “XCTU - Next Gen Configuration Platform for XBee/RF Solutions
- Digi International.” [Online]. Available: https://www.digi.com/products/xbee-rf-
solutions/xctu-software/xctu. [Accessed: 10-Apr-2018].
[16] National Instruments, “Entorno NI LabVIEW - National Instruments.” [Online]. Available:
http://www.ni.com/academic/students/learnlabview/esa/environment.htm. [Accessed:
09-Apr-2018].
