IoT for EnergyEfficient Gas Smart Meters (IoT4EEGSM)

Los contadores inteligentes se están convirtiendo en un instrumento para la mejora de la eficiencia energética.

Investigador principal

Ramón González Carvajal

Sede

US

Tecnología

b) IoT

Sector

2

Agentes agregados

WOODSWALLOW S.L

Resumen de la propuesta

Los contadores inteligentes se están convirtiendo en un instrumento para la mejora de la eficiencia energética. El proyecto pretende el desarrollo de un nuevo sensor inteligente de flujo de gas para aplicaciones de eficiencia energética en redes de suministro de gas, compatible con duraciones de batería superiores a 15 años, capacidad de detectar el tipo de gas a medir y dotado de inteligencia a través de la tecnología IoT, para proporcionar servicios relacionados con la economía digital. El sensor será integrado en un contador inteligente y será probado en condiciones reales.

Objetivo del proyecto

El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de un sensor inteligente de flujo de gas integrable en contadores IoT para redes de distribución de gas, basado en tecnología ultrasónica y dotado de capacidad para adaptar el consumo total del sistema en función de la tasa de flujo que mide.

El sistema completo abrirá el camino para la gestión integrada, eficiente y sostenible de redes de distribución de gas, que permita a operadores públicos o privados el acceso a una información detallada del estado de la red, desde la generación del recurso hasta su entrega al cliente (doméstico, industrial). La información captada por el sensor generará valor a través de la inteligencia artificial, para la previsión de la demanda, el conocimiento exacto de patrones de consumo, el estado de carga de la red, el diagnóstico de la infraestructura y sus previsiones de mantenimiento. Además, favorecerá la comunicación directa con el cliente, implicándolo un uso responsable de la energía.

El sistema hará uso de la tecnología IoT para dotarlo de conectividad e inteligencia y será industrializado y probado en un entorno operativo real en colaboración con el agente agregado WOODSWALLOW.

Resultados esperados e indicadores

El resultado más importante del proyecto será el sensor industrializado y pre-certificado que permitirá dotar de una ventaja competitiva al agente agregado WOODSWALLOW en el mercado de los contadores de gas. La tecnología transferida será patentada por la universidad de Sevilla y explotada por WOODSWALLOW. Además, los resultados obtenidos, una vez patentados, serán divulgados en revistas especializadas y en jornadas del sector. A continuación, se identifican los indicadores esperados más relevantes:

Indicadores (esperados hasta el 31/12/2021):


Nuevo personal investigador (equivalente anual): 1.5
Patentes: 1
Nº contratos transferencia: 1
Congresos: 2
Publicaciones indexadas: 2
Tesis doctorales:0

 

Justificación potencial impacto tecnológico del proyecto (TRL)

El sensor diseñado permitirá dotar de nuevas funcionalidades a los medidores inteligentes de flujo de gas (alargar la vida de la batería y capacidad de adaptarse a todos los mercados - tipos de gas). Estas funcionalidades abarcan desde el control del consumo (eficiencia energética), como la predicción de la demanda y el mantenimiento de la infraestructura. El impacto será enorme, al abrir nuevos negocios de economía digital (nuevas formas de relación entre el cliente, el operador de la infraestructura y el regulador).

El resultado del proyecto será TRL8: Sistema completo y cualificado.

Avances

El proyecto consta de las siguientes tareas que han comenzado y/o finalizado.

T1. Especificaciones y modelado: Esta tarea se ha completado y en ella, a partir de los requisitos a nivel de sistema, se ha modelado el sensor y se han obtenido las especificaciones de los transductores ultrasónicos y del sistema de medición de tiempo de vuelo. Se ha probado con dos algoritmos distintos de realizar la conversión Tiempo-Digital y se ha optado por uno basado en la correlación de las señales en ambos sentidos.

T2. Diseño Hardware y COTS: Se ha completado el diseño Hardware del sensor basándonos en elementos COTS, buscando un consumo mínimo. El Analog Front End seleccionado (MSP430FR6034) incluye los periféricos necesarios para realizar la correlación de las señales y un microcontrolador para su procesamiento. La atenuación de las señales en el medio (gas metano), requiere un preamplificador de bajo ruido externo que incluya una etapa de filtrado de la señal. Todos los componentes admiten la opción de consumir muy poca energía en estado de hibernación. Se ha diseñado y fabricado el PCB mostrado en la Figura 1, el cual incluye todos estos componentes.

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Figura 1 PCB del front-end de ultrasonidos

T3. Desarrollo Firmware: Se ha desarrollado un algoritmo que, basado en el uso de la correlación entre las señales de subida y bajada, permite obtener precisión suficiente para certificar el sensor y el contador según la norma EN 14236:2018.

T4. Diseño de la Envolvente: En colaboración con WOODSWALLOW se ha diseñado una envolvente que cumpla los estándares de seguridad para el contador y que albergue en la parte en contacto con el gas la metrología y ya, fuera de ella, la interfaz de usuario.

T5. Contador inteligente IoT: En colaboración con WOODSWALLOW, se ha comenzado el diseño del contador. Se utilizará FreeRTOS sobre ARM como sistema base y se añadirá la conectividad con un modem NbIoT.

T6. Diseño y ejecución de tests: Se ha diseñado un test-setup para la medida en aire de las propiedades del sensor, basado en dos caudalímetros y dos compresores para los diferentes rangos de flujo, el cual se ilustra en la Figura 2. Además, se ha caracterizado en la cámara climática la dispersión de los distintos transductores para diferentes temperaturas (en la Figura 3a se ilustra un ejemplo de la desviación obtenida para el transdutor seleccionado). A partir del test-setup se han caracterizado más de 30 tubos con distintas geometrías realizados en impresoras 3D con materiales SLA, PLA y ABS (se ilustra un ejemplo de diseño mecánico en la Figura 4), obteniéndose unos niveles de incertidumbre para algunos de estos diseños por debajo de los especificados por la norma EN 14236:2018 (Figura 3b).

T7. Industrialización y pre-certificación: Esta tarea no ha comenzado.

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Figura 2 Test-setup de laboratorio

 

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Figura 3 Desviación con la temperatura (a) e incertidumbre obtenida (b)

 

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Figura 4 Ejemplo de diseño mecánico