Desarrollo y validación de un prototipo AMI de bajo costo con modelado de escalabilidad para aplicación residencial en Bogotá, Colombia

Abstract

En Colombia, existe una lenta transición hacia sistemas de medición inteligente (AMI), esto ha limitado la eficiencia en la gestión de energía eléctrica, en el sector residencial de Bogotá, aun predomina el uso de medidores electromecánicos y electrónicos no inteligentes. Esta situación genera dificultades para todos los agentes que hacen parte de la red de servicio eléctrico, tanto a los usuarios que carecen de información en tiempo real para visualizar analizar y entender su consumo, como a las empresas comercializadoras de energía, que enfrentan diariamente problemas para medición de perdidas técnicas, no técnicas, detección de fallas, problemas para la lectura de consumo y desconfianza por parte de los consumidores. En el presente proyecto de grado se tiene como objetivos presentar un prototipo a pequeña escala de un medidor AMI y un modelo de aplicación a gran escala, para esto se llevaron a cabo dos etapas complementarias: en la primera, se construyó un prototipo funcional a pequeña escala basado en un microcontrolador ESP32, sensores de corriente SCT-013-5A y de voltaje ZMPT101B, y la plataforma Blynk.io como entorno de visualización de datos en tiempo real; y en la segunda, se elaboró un modelo de aplicación a gran escala, adaptado a las condiciones eléctricas de una vivienda promedio. El sistema propuesto permite la medición continua de variables eléctricas fundamentales —voltaje, corriente, potencia, energía consumida y costo — con transmisión inalámbrica hacia una plataforma en la nube accesible desde dispositivos móviles o computadoras. A partir de los resultados obtenidos, se comprobó la viabilidad técnica del prototipo y su potencial de expansión hacia una implementación doméstica completa, capaz de integrarse al Sistema Único de Información (SUI) y de cumplir con la Resolución CREG 101-1 de 2022, el RETIE (Resolución 40117 de 2024) y la NTC 6079. El trabajo contribuye a la democratización del acceso a la medición inteligente en Colombia, favoreciendo la eficiencia energética, la transparencia en el consumo eléctrico y el cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) 7, 11 y 12, relacionados con energía asequible, comunidades sostenibles y consumo responsable.

Conventional electricity meters lack intelligent capabilities, generating significant challenges for all stakeholders within the electric power service network. Users do not have access to real-time information to visualize, analyze, and understand their energy consumption, while energy retail companies face persistent issues related to the measurement of technical and non-technical losses, fault detection, consumption reading, and consumer distrust. This undergraduate thesis presents the development of a small-scale prototype of an Advanced Metering Infrastructure (AMI) system, along with a model for large-scale application. The project was carried out in two complementary stages. In the first stage, a functional small-scale prototype was developed using an ESP32 microcontroller, SCT-013-5A current sensors, ZMPT101B voltage sensors, and the Blynk.io platform for real-time data visualization. In the second stage, a large-scale application model was designed, adapted to the electrical conditions of an average household. The proposed system enables continuous measurement of key electrical variables, including voltage, current, power, energy consumption, and cost, with wireless data transmission to a cloud-based platform accessible from mobile devices and computers. The results demonstrate the technical feasibility of the prototype and its potential scalability toward a full domestic implementation. Furthermore, the system shows the capability to integrate with Colombia’s Single Information System (SUI) and comply with current regulatory frameworks, including CREG Resolution 101-1 of 2022, RETIE (Resolution 40117 of 2024), and NTC 6079. This work contributes to the democratization of access to smart metering in Colombia, promoting energy efficiency, transparency in electricity consumption, and alignment with Sustainable Development Goals (SDGs) 7, 11, and 12.