Sistemas Embebidos y la Eficiencia Energética en Mondragon Unibersitatea

El grupo de Sistemas Embebidos de MGEP, lleva años trabajando en proyectos relacionados con la Eficiencia Energética.

En este post se van a  describir 3 proyectos en los que se trabaja  el aspecto de la Eficiencia Energética para ver las ventajas que puede traer el uso de las TICs en la Eficiencia Energética: Beywatch, Microgeneración -Centro Stirling (Whispergen) y LUMEX: Sistema Inteligente para control de Iluminación Exterior.

Beywatch : BeyWatch es un proyecto de investigación europeo que ya finalizó el año 2011. Fue un proyecto de investigación de 30 meses financiado por la Comisión Europea y obtuvo el reconocimiento de “Best ICT for Energy Efficiency Project” por parte de la Comisión Europea en Febrero del 2010. El objetivo del proyecto fue el desarrollo  de una solución centrada en el usuario que hiciera la labor de gestionar de forma eficiente el gasto de energía dentro del hogar. El sistema desarrollado, era un sistema inteligente capaz de monitorizar/controlar la energía y también tenía la capacidad de hacer un balanceo de la demanda de potencia a nivel de hogar y distrito/vecindario. Para ello, estos fueron los puntos fuertes tratados dentro del proyecto:

• Diseño de electrodomésticos con consumo de energía mínimo
• Implementación de métodos, técnicas y servicios para reducir el consumo de energia en hogares y distritos/vecindarios mediante un control inteligente de dispositivos eléctricos.
• Generación de agua caliente y electricidad utilizando Fuentes de energia renovables a nivel de edificio

• Elaboración de planes de negocio y aplicaciones de  sistemas de soporte de negocio que ayuden a usuarios y a proveedores a la hora de hacer los contratos
• Motivar  la conciencia del usuario para tener menos de emisiones de CO2 en la cadena de valor de la energía (producción, transporte, distribución, suministro) y mantener el medio ambiente más limpio.

MGEP ha trabajado dando soporte tecnológico a Fagor Electrodomésticos. Su participación ha estado ligado con el segundo punto: implementación de métodos y técnicas y servicios para reducir el consumo de energía en hogares, mediante un control inteligente de dispositivos eléctricos. Concretamente ha desarrollado el HW y SW embebido necesario para que el lavavajillas y la lavadora de una casa puedan comunicarse mediante Zigbee con el nodo central de casa. De esta forma, los electrodomésticos se pueden programar, controlar y monitorizar de forma remota según los criterios de gasto de energía eficientes. El usuario puede dejar en manos del sistema inteligente le programar los lavados de forma que tenga en cuenta los parámetros de eficiencia energética.

Whispergen/CentroStirling: Microgeneración. El sistema WhisperGen es un sistema de microcogeneración orientado a un óptimo aprovechamiento de la energía, para uso doméstico. Este sistema es capaz de generar calor (calefacción y agua caliente sanitaria) y electricidad al mismo tiempo. Es ideal para lugares aislados, pero también para aligerar las actuales redes de distribución de baja tensión, evitando las pérdidas por transporte y transformación y aprovechando al máximo la energía calorífica del combustible primario (gas nitrógeno).

La principal característica de WhisperGen es que dispone de un motor Stirling, que tiene cuatro pistones que se mueven hacia arriba y hacia abajo. Después, se convierte en un movimiento rotatorio, que acciona un alternador produciendo la energía eléctrica. El movimiento longitudinal de los pistones, se consigue a través de la expansión y compresión del nitrógeno que se encuentra en su interior. El nitrógeno se expande mediante el calor generado en la cámara de combustión, y se comprime haciendo circular el agua de la condensación por su parte inferior, el cual posteriormente es utilizado para generar agua caliente sanitaria y calefacción.

Este sistema utiliza un sistema electrónico para responder a una demanda de calor mediante el inicio de un quemador de gas, que se utiliza para accionar el motor Stirling. Para iniciar el ciclo de Stirling, el alternador se conecta a un sistema electrónico basado en frecuencia variable que acciona el circuito del Puente H. Una vez que el motor esté funcionando, las bobinas del estator se conectan a la red eléctrica. La velocidad del ventilador del quemador es controlada para variar la entrada de calor al motor Stirling, y esto a su vez, regula la potencia de salida del motor. La red eléctrica es continuamente monitorizada para asegurarse de que es seguro exportar la energía. Los sensores de temperatura alrededor del motor son monitorizados para asegurar que el motor está funcionando de forma segura.

• Fuel:Natural Gas
• Heat Production:7,5-14,5 kW
• Energy Production: 1 kW
• Energy Consumption: 11-60W
• Energy Efficiency: 96%
• Saving CO2 Emissions: 1 ton per family/year
• Size: 49,1cm wide*83,8cm high*56,3cm deep
• Weight: 142 kg
• Noise: 46 db
• Nominal Head Output at 60-80ºC: 7.5-8.3 kW
• Heat Output with auxiliary burner at 60-80ºC:13.2-14.5kW

El Centro Stirling del grupo Mondragon, ha estado desarrollando y comercializando este tipo de dispositivos. Además de toda la parte mecánica, este dispositivo consta de una parte de HW y SW embebido que se encarga de controlar todo el sistema. Este sistema, está compuesto por diferentes microcontroladores. El grupo de Sistemas Embebidos de MGEP, está colaborando con el Centro Stirling para mejorar el SW embebido que llevan los diferentes microcontroladores de este sistema. El objetivo de esta colaboración es la mejorar el diseño del SW de estos microcontroladores para que el sistema sea más robusto y esté preparado para poder pasar certificaciones y homologaciones que se prevé que necesite el sistema. De esta forma, además el conocimiento del sistema es transferido entre diferentes entidades del grupo Mondragón con el objetivo de que en un futuro haya una mayor colaboración y mayor flexibilidad a la hora de generar nuevas versiones del sistema.

LUMEX: Este proyecto, es un proyecto en colaboración en el que el líder del proyecto es MCCTelecom y Ulma Embedded Solutions es también socio industrial. LUMEX es un proyecto GAITEK que empezó el año 2011 y es un proyecto de 3 años. El objeto del sistema a desarrollar en este proyecto es mejorar la eficiencia y ahorro energético en instalaciones de más de 1Kw de potencia instalada destinadas al alumbrado exterior de los tipos Vial, Específico y de Vigilancia y seguridad nocturna, cumpliendo los requisitos establecidos en el Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior aprobado por el Real Decreto 1980/2008, de 14 de noviembre.

MGEP, está participando en el proyecto como agente de investigación subcontratado por Ulma Embedded Solutions. MGEP participa en el diseño y desarrollo de un nodo denominado Célula de Gestión Independiente el cual es un nodo con capacidad de monitorizar y controlar los nodos de iluminación exterior y recoger información de diferentes sensores ambientales para actuar según sus valores. Además, esta célula puede tener conectividad con Sistemas Centralizados que por ejemplo están gestionando toda la iluminación de una ciudad. El desarrollo e investigación que se está llevando a cabo, está centrado en el HW y SW de esa célula independiente. En la parte del SW, indicar que se está utilizando el Sistema Operativo Android con la idea de hacer la aplicación amigable y de fácil uso.

Indicar también que en el transcurso del proyecto se ha contactado con la empresa LUIX Iluminación Inteligente  situada en Miramon ya que ellos disponen de infraestructura (farolas, sensores,…) necesarias para poder llevar a cabo las primeras pruebas del sistema. Ya se han realizado las primeras pruebas de tecnología y estos son los resultados obtenidos hasta ahora:

• Conectividad utilizando tecnología ICE con los nodos de LUIX
• Aplicación Android: demo de gestión de luminarias en una placa embebida y en un teléfono móvil. Esta aplicación capaz de comandar y monitorizar las luminarias/nodos del sistema de LUIX.