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Curso SBC de la Universidad de Huánuco
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Universidad de Huánuco Facultad de Ingeniería de Sistemas e Informática
Page 2
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
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Acerca de la Región Huánuco
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POTENCIALIDADES EN LA CUENCA DEL
HUALLAGA RECURSOS MINEROS
RECURSOS TURISTICOS
RECURSOS FORESTALES
RECURSOS DE HIDROCARBUROS
TIERRAS PRODUCTIVAS
POTENCIALIDADES EN LA CUENCA
DEL PACHITEA RECURSOS TURISTICOS
RECURSOS FORESTALES
RECURSOS MINEROS
RECURSOS DE HIDROCARBUROS
RECURSOS AGROPECUARIOS
BIODIVERSIDAD
POTENCIALIDADES EN LA
CUENCA DEL MARAÑON RECURSOS MINEROS
RECURSOS TURISTICOS
RECURSOS DE
HIDROCARBUROS
Acerca de la Región Huánuco
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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!
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¿Cuál es el Reto?
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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
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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 - - - -
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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
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¿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
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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
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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.
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Pico Hidro Eléctricas para Agricultura Rural Rentable
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
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.
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Hidro Eléctricas para Manejo Eficiente de Residuos Sólidos
Construcción de
Pequeñas y Pico
Centrales Hidroeléctricas
en las Cuencas de
Marañón, Huallaga y
Pachitea.
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.
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Pico Hidro Eléctricas para Reciclado Eficiente de Desechos
Construcción de
Pequeñas y Pico
Centrales Hidroeléctricas
en las Cuencas de
Marañón, Huallaga y
Pachitea.
Construcción de
Planta de Tratamiento
de Reciclaje.
Planta para
Desechos No
Metálicos.
Generación de
Papel Reciclado.
Generación de
Metal Reciclado.
Planta para
Desechos
Metálicos.
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Pico Hidro Eléctricas para Procesos Industriales de MIPES
Construcción de
Pequeñas y Pico
Centrales Hidroeléctricas
en las Cuencas de
Marañón, Huallaga y
Pachitea.
Construcción de Planta
de Industrialización de
Lácteos.
Construcción de Planta
de Industrialización de
Carnes.
Construcción de Planta
de Industrialización de
Curtiembres.
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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
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Generadores Eléctricos Cómo son las centrales de producción de energía eléctrica
TÉRMICA
NUCLEAR
HIDROELÉCTRIC
A
GEOTÉRMICA
SOLAR TÉRMICA
SOLAR
FOTOVOLTAICA
EÓLICA
MAREMOTRIZ
Page 19
Esquema de Transporte Esquema de la red de transporte de energía eléctrica
Planta de
generació
n
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
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Generadores Eléctricos
220 V
220 V
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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
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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
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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
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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.
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Convertidores Eléctricos
CA/CC
CC/CC
CA/CA
CC/CA
CA CC
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Conmutadores Electrónicos
IGCT
Page 27
Convertidor CA/CC
Rectificador
Page 28
Convertidor CA/CC
Rectificador
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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.
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Convertidor CC/CC Características del troceador o chopper
Page 31
Convertidor CC/CC Características del troceador o chopper
Tipos de choppers
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Control de Generadores
Page 33
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.
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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
Page 35
Convertidor Multinivel
Back to back
Matricial
Multinivel
Resonante
Page 36
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
Matricial
Multinivel
Resonante
Inconvenientes
desequilibrios entre las tensiones DC
obligan a realizar más medidas.
desigual estrés de los semiconductores
Page 37
Convertidor Resonante
Back to back
Matricial
Multinivel
Resonante
Page 38
Convertidor Resonante
Ventajas
menos pérdidas por conmutación
Back to back
Matricial
Multinivel
Resonante
Inconvenientes
Hw, Sw más complejos (más sensores para
mantener la resonancia)
desequilibrios entre las tensiones DC
Page 39
Comparación Convertidores
Back to back
Matricial
Multinivel
Resonante
Comparación
Nº Efic. TDH Implementación
Back to back
Multinivel
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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
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Acerca del Arduino
Page 42
Lo que necesitamos …
Entradas Analógicas ADC
Salidas Analógicas PWM
Entradas Digitales
Salidas Digitales
Entrada-Salida Digital USB-RS232
Pantalla LCD
Memoria SD
Page 43
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:
Page 44
Page 45
Page 46
Page 47
Entorno de Programación del Arduino
Page 48
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 }
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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 }
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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
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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)
}
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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 }
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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
= A
ltu
ra d
el V
olt
aje
de E
ntr
ad
a
Page 54
Manejo de Señales de Salida Analógica PWM
Salida Analógica PWM
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
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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
Page 56
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
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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
Page 58
Manejo de Memoria SD
La Memoria SD puede ser manejado por
los protocolos SPI o I2C.
Memoria SDC
Page 59
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
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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;
}
}
Page 61
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);
}
Page 62
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()
{
}
Page 63
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
Page 64
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
Page 65
Diagrama del GPRS
Page 66
Configuración del GPRS
Page 67
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
Page 68
Redes de Sensores en la Industria Alimentaria
Arquitectura Inalámbrica para
Agricultura de Precisión
Page 69
Monitoreo de Bovinos a través de Sensores Inalámbricos
Page 70
Gestión de Incendios Forestales a través de Sensores Inalámbricos
Page 71
E-Salud a través de Sensores Inalámbricos
Page 72
Tarea para Casa Realice un diseño basado en Arduino de
un Hidro Generador Eléctrico.
Page 73
Agenda: Aprender Haciendo!!!
