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Medidor de Consumo Eléctrico CHINT + ESP8266 y Matrix Led MAX7912

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En esta post  volveremos a un tema recurrente en este blog: la medición del consumo eléctrico de forma invasiva en un ambiente doméstico ,pero esta vez  usaremos  el  medidor CHINT DDS666,lo que técnicamente es un medidor residencial o residencial tradicional  pero con  una salida óptica  (también llamada   salida de pulsos)-

Precisamente por esa característica  de salida óptica, dado que en el mercado existe una amplia variedad de dispositivos con este tipo de salida   , esta propuesta que vamos a ver es perfectamente viable  también para  todo tipo de contadores con salida de pulso, como la mayoría de los contadores modernos  para uso personal  que se comercializan para fijar en carril DIN en el cuadro de distribución de c.a. cuya velocidad de flash de salida de prueba es de  500 impulsos por kWh ( es decir cada impulso corresponde a un 2W/H)

Lógicamente dado que la relación de pulsos/kwh  es diferente  según el contador , tendremos que ajustar el código de nuestro  programa para que el resultado sea exacto , pero insistimos: como esta relación es conocida  no es demasiado complejo ajustar   el código para el contador que elijamos

Advertencia: Se recomienda precaución ya que este tipos de proyectos implican riesgo eléctrico o electrocución ya que se utiliza un  equipo conectado de 220VCA -120 VCA por los que  se requieren conocimientos básicos  de electricidad , por favor esté documentado previamente en este sentido.

Conviene recordar que por seguridad cuando trabaje en cuadros de baja tensión siempre trabaje cortando la alimentación general y asegúrese después con un polímetro o un busca-polos que efectivamente no hay tensión c.a.

Obviamente si no se tiene experiencia en cableados de baja tensión o no esta seguro de la instalación , le  recomendamos encarecidamente  que este tipo de trabajos lo realice un instalador  o un electricista pues  manejar por error tensiones de ca puede ser peligroso  .

 

El circuito

 

El viejo modelo CHINT DSS66 permite la medición de energía activa o potencia activa en instalaciones domésticas. Es  un registrador ciclométrico, registrando medidas siempre positivas que evitan pérdidas fraudulentas de conexiones. Como se trata de un medidor invasivo que se requiere para abrir nuestro circuito eléctrico, se capturan los pulsos generados, Genera 3200 imp / kWh, que nos permitirá medir la potencia y el consumo de energía. El medidor tiene un optoacoplador para aislar la salida de pulso para realizar la medición. 

 Algunos medidores tienen una salida de pulso asociada con el consumo eléctrico, en el caso de este medidor específico, cada vez que se enciende el diodo led frontal, envía un pulso que activa un optoacoplador para la salida de pulsos terminales (11 +) (12 -) y el medidor integrado realiza la medición e integración de kilovatios / hora y enviando pulsos según el consumo siendo la relación de  este medidor  de 3200 imp «impulsos» / kwh,.

Este medidor tiene 2 características:

  • Es invasivo, es decir el circuito debe abrirse para colocar en serie el medidor entre la fuente y la carga
  • No tiene un protocolo de comunicación en serie, siendo la relación de salida de pulsos de 3200imp / kwh.

Gracias a la ayuda de un microcontrolador «Arduino, ESP8266 o ESP32»  podemos medir los watios consumidos. La elección precisamente de un  ESP8266 12E   o Arduino Nano Clone   , de hecho dependerá de si necesitamos enviar los datos  o no a un servidor en la nube  o simplemente queremos mostrar la información en un display 

Como contábamos al   principio de este post el modelo  DSS66 es algo anticuado por lo que es perfectamente viable usar   de contadores con salida de pulso de carril DIN , como la mayoría  que se comercializan para fijar en el cuadro de distribución de c.a. cuya velocidad de flash de salida de prueba es de  500 impulsos por kWh ( es decir cada impulso corresponde a un 2W/H)

 

 

Durante las primeras pruebas  se conectaron el GPIO directamente al medidor,dado que el medidor de mentón tiene su propio optoacoplador, pero por alguna razón cada vez que se genera un pulso, el módulo ESP8266 grababa 2 pulsos, algo que no sucedió con Arduino .

La solución para el problema es  aislar la salida del watímetro mediante la adición de un optoacoplador 4n25 y una fuente de alimentación de 5v :de esta manera sólo llegaría un pulso y ademas por seguridad se aislan los circuitos .

Para las primeras  pruebas   se propone usar un  ESP8266 y/o arduino y solo  haremos la medición de Active Power, por ejemplo  utilizando una  bombilla de 45W, para tener una carga fija que represente un «hogar».

 

Lista de componentes

  • Medidor monofasico CHINT DDS666 u otro medidor que genere pulsos
  • ESP8266 12E   o Arduino Nano Clone
  • Fuente de alimentación 5v
  • Matrix led x4 MAX7912
  • Protoboard 830 Puntos
  • Optoacoplador 4n25

 

 

Código IDE de Arduino

 

El código para el módulo ESP8266 por ahora no tiene ninguna rutina de comunicación de envio  hacia  el Cloud, así que por el momento visualizaremos la potencia con un Matrix led x4 MAX7912 pero se puede usar un display de 7 segmentos  o  simplemente la salida serie

El medidor solo tiene una salida de pulso,por lo que  para realizar el cálculo del consumo eléctrico, capturamos a través de una interrupción en el GPIO 5 (D1), técnicamente utilizando el factor apropiado del medidor 3200imp / kWh = 3.2, se calcula la potencia activa instantánea.

Una diferencia horaria entre pulsos y basada en 1 hora = 3600 s. potencia = (3600000000.0 / (pulseTime – lastTime)) / 3.2

Este cálculo se realiza en la interrupción, solo cada vez que se registra un nuevo pulso.

Inicialmente, gracias a OpenEnegyMonitor, por la documentación, el cálculo se tomó de una de las versiones anteriores de su página

 

Este es el codigo usado para probar la funcionlidad 


#include <SPI.h>
#include <bitBangedSPI.h>
#include <MAX7219_Dot_Matrix.h>
const byte chips = 4;

unsigned long lastMoved = 0;
unsigned long MOVE_INTERVAL = 20; // mS
int messageOffset;
int counters=0;


// 12 chips (módulos de pantalla), SPI de hardware con carga en D10


MAX7219_Dot_Matrix display (chips, 2); // Chips / LOAD

char message [64] = «mensaje  a mostrar inicial ….«;
char myCharMessage[64];
String Message;

// Número de pulsos, utilizados para medir la energía.
long pulseCount = 0;


// Se usa para medir la potencia.
unsigned long pulseTime,lastTime,diffTime;
long timeout_reset=0;


//power and energy
double power elapsedkWh,watts;

// Número de pulsos por wh – encontrado o configurado en el medidor.

//1000 pulsos/kwh = 1 pulso por wh 3200 imp = 3.2

float ppwh = 3.2     ; 

int First_pulse = 0;
///***********************************************************************************


const byte interruptPin = 5; /// pin 5 D1


#include <Ticker.h>
Ticker flipper;


void flip() /// displayed
{

//bucle para almacenar en un array el mensaje de bienvenida

for (int i=0;i<64;i++)
{
message[i] = myCharMessage[i];
}
updateDisplay ();

}

 

 

Y este es el cuerpo del programa_

 

 

void updateDisplay ()
{
display.sendSmooth (message, messageOffset);
// la próxima vez muestra un píxel en adelante

if (messageOffset++ >= (int) (strlen (message) * 8))
messageOffset = – chips * 8;
} // end of updateDisplay

void loop ()
{

// DEBUG SERIAL
 Serial.print(«watts = «);
 Serial.println(watts,4);

////las cadenas se deben cargar a la variable (Message) para que se visualicen en la matriz

//Message =»Power «+String(watts)+» W :)»;
Message =String(watts)+»W»;

//sacamos por consola la potencia
Serial.println(Message);

int L_Message = Message.length(); ///length String
String(Message).toCharArray(myCharMessage, L_Message+1);

/// String to char array  y scroll
flipper.attach(0.1, flip);

// restardo


delay(100);


} //fin del bucle

 

 

 

En el siguiente video  podemos ver el circuito en acción:

 

 

 

 

Mas informacion en  https://www.instructables.com/id/Electric-Consumption-Meter-CHINT-ESP8266-Matrix-Le/

Calculo de un radiador para calefacción (parte 2)

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Como vimos en un post anterior, existen múltiples factores a tener en cuenta a la hora de dimensionar los radiadores  que vamos a  instalar o reemplazar  en una vivienda siendo lógicamente  una de las variables mas decisiva el volumen  de cada estancia a calentar, pues como es lógico, necesitaremos más potencia en habitaciones mas salas o  con techos altos que salas pequeñas  o con techos mas  bajos.

Resumidamente  estos son algunos condicionantes que nos determinaran  el tamaño de los radiadores  :

  • La orientación de la vivienda  pues  todos sabemos que la orientación sur dado que tienen mayor entrada de luz solar durante el día. necesita menos energía para calentar
  • La zona climática donde se encuentra la vivienda. Abajo podemos ver un mapa de España donde queda patente las zonas mas cálidas  ( zona A) donde necesitaremos usar menos energía  para calefactor las estancias  y las zonas mas frías (zonas E)Mapa de zonas climáticas en España
  • El aislamiento de la vivienda es también crucial pues con un mal aislamiento o deficiente se  se disipa mucho calor y  nunca conseguiremos tener una temperatura estable en la vivienda.
  • Otro de los detalles no menos importantes en el momento de calcular la calefacción es la altura de la vivienda  pues no es lo mismo aclimatar una planta alta que soporta  la cubierta  y por ende las inclemencias del tiempo ( lluvia, nieve, etc. )  que una planta baja o una entreplanta
  • Por último también es importante del número de   habitaciones  cuyas paredes dan a alguna fachada   estando relacionado   directamente  con el nivel de calorías /m2 necesarias (cuantas más habitaciones haya expuestas a una fachada menos protección contra los agentes adversos.)

 

Antes de empezar los cálculos , lo primero que queremos indicar, es  que no se calcula los elementos de radiador por metro cuadrado  pues ese numero  solo esta relacionado con la potencia necesaria para calefactor una estancia  así como por el propio radiador y no por la  superficie en si misma   , pues precisamente hemos visto  que la potencia   necesaria  (   que se obtendrá  por varios elementos ) e esta relacionada por el aislamiento, altura, etc  y no por la  superficie en si misma.

Otro aspecto   que tenemos que evitar es  instalar radiadores de aluminio mayores de 12 elementos pues  en algunos casos, el radiador no se calienta totalmente, o al tener en una estancia un foco de calor tan elevado puede hacer que haya grandes diferencia de temperatura entre un lado y otro de la estancia.Precisamente  para evitar ese inconveniente una alternativa es instalar radiadores verticales, sus elementos son más altos que estos radiadores de aluminio, y por tanto los Watios por elemento son mayores. Es decir, con el mismo número de elementos tendrán más calor.

 

 

Calculo simplificado

Para calcular la potencia necesaria en cada estancia, primero identificaremos la vivienda a calcular la calefacción según todas las variables nombradas anteriormente en la siguiente tabla  donde se relaciona  el nivel de aislamiento, el numero de fachadas,al altura a la que esta la vivienda   y por ultimo la  zona . 

Para España según el mapa  que tenemos mas arriba   esta es la tabla para obtener el coeficiente

 

Según el nivel de aislamiento, el numero de fachadas,al altura a la que esta la vivienda   y por ultimo la  zona  obtendremos ese coeficiente  C que como vemos varia entre 67 y 155)   y que nos intenta englobar  todas las posibles perdidas de las diferentes estancias  de la vivienda

Para  saber los Watios necesarias por metro cuadrado para un estancia  multiplicamos los metros por el coeficiente  para conocer las necesidades de cada estancia.

 Potencia necesaria (W)=Factor de corrección x    M² de la estancia 

 

Una vez sabemos la potencia que necesitamos para cada estancia, debemos acceder a la ficha técnica del tipo de radiador que queremos instalar para saber el número de elementos necesarios para conseguir la temperatura óptima en la estancia.

     número de elementos necesarios=Potencia necesaria (W)/ emisión térmica del radiador

 

Por ejemplo, si nos vamos a uno de los fabricante mas conocidos Ferolli , uno de los más vendidos y que mejor rendimiento da en todo tipo de viviendas,si tomamos como referencia el   Modelo Europa   si accedemos   a su ficha técnica podemos ver que emisión térmica del radiador a 50º (ΔT = 50º) es de 119,8W por elemento

 

Con el valor obtenido   de la potencia necesaria por cada  estancia obtenido en  el primer paso , si la  dividiremos   por la potencia de cada elemento de radiador  , es decir  la emisión térmica del radiador a 50º (ΔT = 50º),  obtendremos el número aproximado de elementos necesarios para cada estancia

.

 

Si consideramos  que el factor  es demasiado alcista el de considerar como referencia  la emisión térmica del radiador a 50º (ΔT = 50º)   dado que el fabricante también nos ofrece otro  dato podemos considerar como coeficiente de corrección   la emisión térmica del radiador a 60º(ΔT = 60º) lo cual si duda nos dará  un radiador de  menores dimensiones

 

Por ejemplo si necesitamos  calentar una estancia con una potencia de 862 W  y elegimos el  modelo Europa  tenemos la siguientes casuisticas:

  • Si consideramos la  emisión térmica del radiador a 50º (ΔT = 50º) que  es de 119,8W   la ecuación nos quedara con 862 W / 119,8 W = 7.25. Y este resultado siempre lo redondeamos hacia arriba, así que nos quedará un radiador Europa de 8 elementos para calentar esta estancia.
  • Si consideramos la  emisión térmica del radiador a 60º (ΔT = 60º) que  es de 119,8W   la ecuación nos quedara con 862 W / 152,3 W = 5.6. Y este resultado siempre lo redondeamos hacia arriba, así que nos quedará un radiador Europa de 6 elementos para calentar esta estancia, es decir justo el  radiador de referencia de esta  marca de 6 elementos  , que es por cierto el mas usual  en dormitorios o estudios de un tamaño medio.

 

 

Regulación de los radiadores 

Dentro de los accesorios existen  múltiples  opciones interesantes e para reducir  consumo al máximo mediante el control del calor, como son las válvulas termostáticas y los cabezales electrónicos.

En este  sentido para controlar el uso de los radiadores y la caldera,  los termostatos o cronotermostatos( son programables) y hay varias opciones: con cable, por radiofrecuencia, wifi.   Entre estas opciones destacan los cronotermostato Wifi con el que se puede controlar nuestra sistema de calefacción desde el móvil o tablet.

Si busca algo económico, de sencillo manejo y con un funcionamiento fiable,  un modelos  a  tener en cuenta es el modelo eQ-3 141227C1 CC-RT-M-TFC  pues  pude permite un ajuste exacto de la temperatura y la regulación de la temperatura ambiente. Es fácil de instalar sin drenar agua, la necesidad de herramientas especiales o intervenir en el sistema de calefacción  pues se enrosca directamente  sobre la llave manual.

Ee apto para la mayoría de los fabricantes de válvulas populares como Heimeier, MNG, Honeywell Braukmann, Oventrop, Schlösser, Comap, Valf Sanayii, Idmar, Jaga, Junkers, Pegler, R.B.M., Watts (no incluye adaptador para Danfoss RA, RAV y RAVL).

Ademas esta listo listo para su uso gracias a la programación predefinida, protección de función con protección de los niños y bloqueo de funcionamiento y no necesita alimentación exterior ( se alimenta con dos pilas AAA).