Desarrollo de infraestructuras para la concienciación y reducción de la huella de carbono

A lo largo de este proyecto se ha desarrollado un sistema de monitorización y control energético basado en la ampliación y mejora de una infraestructura previa, correspondiente al Proyecto Fin de Grado titulado “Sistemas de análisis y concienciación de la huella de carbono”, realizado por el mismo autor. El objetivo principal ha sido evolucionar dicha base tecnológica hacia una arquitectura más robusta, modular y replicable, orientada a la mejora de la eficiencia energética en entornos docentes y de trabajo, contribuyendo así a la reducción del consumo eléctrico y de la huella de carbono asociada. El sistema diseñado está compuesto por múltiples dispositivos electrónicos IoT destinados a la medición de consumos eléctricos, control de cargas y monitorización de variables ambientales. Parte de estos dispositivos han sido reutilizados del proyecto anterior, mientras que otros han sido rediseñados para corregir limitaciones detectadas, mejorar su fiabilidad, optimizar el diseño hardware y ampliar funcionalidades. Asimismo, se ha desarrollado un nuevo dispositivo de medición de consumos múltiples en cuadro eléctrico, capaz de supervisar varios circuitos mediante sensores de corriente y un sistema de multiplexación analógica con un único conversor A/D. Todos los dispositivos han sido diseñados a nivel de esquemático y PCB, fabricados e implementados físicamente, con formatos adecuados para su instalación en elementos habituales de la infraestructura eléctrica, como enchufes, interruptores y cuadros eléctricos. La arquitectura de comunicaciones se basa en microcontroladores ESP32 y protocolos inalámbricos de bajo consumo, incorporando mecanismos de actualización remota de firmware (OTA) y gestión centralizada. Como núcleo de la infraestructura software se ha seleccionado Home Assistant, desplegado en entorno local y basado en tecnologías de código abierto. La ejecución local de la plataforma permite que los datos generados por los dispositivos permanezcan dentro de la propia red, sin necesidad de enviarlos a servicios en la nube de terceros, lo que mejora la privacidad, reduce la superficie de exposición ante posibles ciberataques y elimina la dependencia de servicios externos. La plataforma permite la integración de dispositivos heterogéneos, la creación de automatizaciones complejas y la visualización de datos históricos y en tiempo real. El sistema admite tanto control manual como funcionamiento automatizado, así como acceso remoto seguro desde fuera de la red local mediante comunicaciones cifradas. Adicionalmente, la infraestructura ha sido diseñada con criterios de replicabilidad y portabilidad, empleando virtualización mediante contenedores para el despliegue de los servicios principales. Esto permite su instalación en diferentes arquitecturas hardware con un proceso de configuración reducido. En conjunto, el sistema desarrollado constituye una solución integral de bajo coste, ampliable y técnicamente viable para la monitorización, control y optimización del consumo energético en edificios. Abstract: This project presents the development of an energy monitoring and control system based on the extension and improvement of a previous infrastructure created in the Final Degree Project entitled “Sistemas de análisis y concienciación de la huella de carbono”, carried out by the same author. The main objective has been to evolve that technological base into a more robust, modular, and replicable architecture aimed at improving energy efficiency in academic and workplace environments, thereby contributing to the reduction of electrical consumption and associated carbon footprint. The designed system is composed of multiple IoT electronic devices intended for electrical consumption measurement, load control, and environmental variable monitoring. Some of these devices have been directly reused from the previous project, while others have been redesigned to address identified limitations, improve hardware reliability, optimize PCB design, and extend functionality. In addition, a new multi-channel consumption measurement device for electrical panels has been developed, capable of supervising several circuits using current sensors and an analog multiplexing stage connected to a single A/D converter. All devices have been designed at schematic and PCB level, manufactured, and physically implemented, with form factors suitable for installation in standard electrical infrastructure elements such as sockets, switches, and distribution boards. The communication architecture is based on ESP32 microcontrollers and low-power wireless protocols, incorporating remote firmware update mechanisms (OTA) and centralized management capabilities. Home Assistant has been selected as the core software platform, deployed locally and based on open-source technologies. Running the platform locally ensures that device-generated data remains within the internal network and does not need to be transmitted to third-party cloud services, improving privacy, reducing exposure to potential cyberattacks, and eliminating dependency on external providers. The platform enables integration of heterogeneous devices, creation of complex automations, and visualization of both real-time and historical data. The system supports manual control as well as fully automated operation, and provides secure remote access from outside the local network through encrypted communications. Additionally, the infrastructure has been designed with replicability and portability criteria, using container-based virtualization for the deployment of core services. This allows installation on different hardware architectures with minimal configuration effort. Overall, the developed system represents a low-cost, scalable, and technically viable solution for energy monitoring, control, and optimization in buildings.