La demanda eléctrica en crecimiento está aumentando la carga de las subestaciones, y eso vuelve indispensable un pronóstico preciso para planificar transformadores y operar con confiabilidad. El proyecto que publicó Electronics For You presenta un sistema de predicción y monitoreo del crecimiento de carga en subestaciones basado en un ESP32-WROOM-32, un medidor PZEM-004T, Firebase y Python. El sistema vigila la carga del transformador en tiempo real, guarda los datos en la nube, genera reportes de carga máxima y proyecta la demanda futura con aprendizaje automático.
Las subestaciones dependen de transformadores de potencia de alta capacidad para distribuir electricidad de manera eficiente. Cuando la carga de esos transformadores sube, aparecen el sobrecalentamiento, la reducción de la vida útil del equipo y las fallas, de modo que el monitoreo continuo y el análisis predictivo dejan de ser un lujo.
¿Qué mide exactamente el sistema?
El diagrama de bloques del sistema propuesto parte de la red de corriente alterna, que se mide mediante sensado de voltaje y corriente, y esos datos son adquiridos por el microcontrolador ESP32.
El prototipo se arma sobre una protoboard e integra la placa de desarrollo ESP32, un módulo de alimentación, un transformador reductor y los componentes de apoyo interconectados con cables de puente. El montaje sirve para probar la adquisición de datos, la interfaz con los sensores, la comunicación inalámbrica y el monitoreo en tiempo real antes de fabricar la placa definitiva. Ese paso intermedio es el que permite verificar el funcionamiento del circuito, depurar el hardware y validar el desempeño del sistema durante el desarrollo.
Circuito y funcionamiento
El circuito está construido alrededor de un ESP32-WROOM-32, un módulo de monitoreo de energía PZEM-004T, un transformador reductor de 230 V a 24 V y 1 A, y una ampolleta de 60 W que hace las veces de carga. El transformador entrega una tensión alterna aislada al PZEM-004T para la medición de voltaje, mientras que el transformador de corriente de núcleo de ferrita mide la corriente de la carga sensando la línea viva. El PZEM-004T se comunica con el ESP32 por su interfaz UART, a través de los pines TX y RX, y los pines de 5 V y tierra alimentan el módulo.
Cuando se aplica la energía de corriente alterna, el PZEM-004T mide de forma continua el voltaje de línea, la corriente de carga, la potencia activa, el consumo de energía, la frecuencia y el factor de potencia. El ESP32 lee esos parámetros de manera periódica, procesa los datos y los sube por WiFi a la base de datos en tiempo real de Firebase para monitoreo remoto.
¿Dónde entra el aprendizaje automático?
Una aplicación escrita en Python recupera los datos históricos desde Firebase, analiza las tendencias de carga con aprendizaje automático y predice el crecimiento futuro de la demanda. Los resultados de la predicción se almacenan en Firebase y también pueden exportarse a un archivo Excel para reportería y análisis posterior. Con eso, el ciclo se cierra: monitoreo continuo, análisis predictivo y planificación proactiva de la capacidad del transformador.
Nota de Electronics For You: en el banco de pruebas se usa un transformador de 230 V a 12 V-0-12 V y 1 A. En subestaciones reales, los transformadores de potencia de alta tensión, por ejemplo de 100 MVA, se monitorean con transformadores de corriente y de potencial de rango adecuado, que aportan aislación segura y medición precisa.
¿Se puede replicar en Chile?
La red domiciliaria chilena opera a 220 V y 50 Hz, prácticamente el mismo punto de trabajo que los 230 V del diseño original, así que el banco de pruebas se replica sin modificar la topología. La lista de materiales tampoco es exótica: el ESP32-WROOM-32 y el PZEM-004T con su transformador de corriente de núcleo partido son componentes de catálogo habitual en distribuidores locales de electrónica, y ambos se consiguen por bastante menos que cualquier registrador comercial de energía.
La advertencia, en cambio, sí es seria y vale repetirla. Una cosa es medir una ampolleta de 60 W sobre la mesa y otra muy distinta es intervenir una celda de media tensión. El salto entre el prototipo y una subestación de 100 MVA no es de software: es de instrumentación, aislación y protocolos de seguridad eléctrica.
