Cómo diseñé un sistema de calefacción inteligente para mi hogar usando IoT y MQTT

Cómo diseñé un sistema de calefacción inteligente para mi hogar usando IoT y MQTT

Gestionar la calefacción del hogar de manera eficiente es un reto, especialmente cuando se busca reducir el consumo de combustible sin comprometer el confort. Con esto en mente, decidí desarrollar un sistema de calefacción inteligente utilizando tecnologías IoT y conectividad en la nube.

Instalación del sistema de calefacción

Este año, instalé un sistema completo de calefacción basado en gasoil, que incluye radiadores, una caldera y un depósito de combustible. Realicé personalmente toda la instalación, abarcando tanto la fontanería como el sistema eléctrico.

El proceso incluyó:

  • Conectar las tuberías de agua caliente y fría.
  • Instalar los radiadores en cada habitación.
  • Cablear el sistema eléctrico para controlar la caldera y las válvulas.
  • Realizar la puesta en marcha para verificar su correcto funcionamiento.

Un enfoque económico y sostenible

Además de realizar la instalación por mi cuenta, opté por una estrategia de ahorro en la adquisición de los materiales. A través de Wallapop, conseguí radiadores, caldera y depósito de gasoil de segunda mano en excelente estado, asegurando la durabilidad del sistema a largo plazo.

Esto redujo significativamente el presupuesto total:

Coste de componentes nuevos: aproximadamente 3.800 €.
Coste de componentes de segunda mano: 700 €.
Ahorro en mano de obra: Instalación realizada personalmente.

Gracias a esta estrategia, logré una solución de alta calidad con una inversión mínima, demostrando que la planificación y el uso inteligente de los recursos pueden reducir significativamente los costes.

Herramientas y materiales utilizados

Una de las sorpresas del proyecto fue la poca cantidad de herramientas y materiales necesarios para llevarlo a cabo, lo que resalta su accesibilidad.

Herramientas:
  • Cortador de tubos → Para cortes precisos en las tuberías de cobre.
  • Alicates pico de loro → Para asegurar y apretar conexiones.
  • Soplete de cartucho de gas → Para soldar las conexiones de cobre.
Materiales:
  • Tuberías de cobre (varios diámetros) → Para la estructura principal del sistema.
  • Codos y uniones de cobre → Para realizar conexiones seguras.
  • Decapante para soldadura → Garantiza uniones fuertes y duraderas.
  • Adaptadores de grifería → Para la conexión con las instalaciones existentes.
  • Estaño con plata → Para soldaduras de alta resistencia.

Este proyecto demuestra que es posible lograr un sistema de calefacción eficiente y duradero sin necesidad de una gran inversión en herramientas o materiales.

Automatización y control con IoT

Para llevar el sistema de calefacción al siguiente nivel de eficiencia y automatización, integré varios componentes IoT que permiten un control preciso y basado en datos.

Componentes IoT utilizados: Módulo ESP32 con relé
  • Como la caldera se activa conectando dos cables, normalmente mediante un termostato, utilicé un módulo ESP32 con relé para automatizar este proceso.
  • El módulo está alimentado directamente a 220V AC gracias a un pequeño transformador incorporado.
  • Se conectó un sensor de temperatura y humedad DHT22 para capturar datos en tiempo real.
Este sistema permite:

✅ El envío de datos del sensor DHT22 al servidor MQTT a través del ESP32.
✅ Alimentación directa a la red eléctrica, sin necesidad de baterías.
✅ Activación y desactivación de la caldera de manera remota.

Además, instalé un segundo ESP32 con DHT22 para obtener datos de temperatura y humedad del exterior.

Servidor MQTT en la nube

El servidor MQTT actúa como el núcleo de comunicación entre el ESP32 y la aplicación en la nube. Gracias a la transmisión de datos en tiempo real, el sistema permite una sincronización precisa entre el hardware y el software.

Configuración Horaria
Permite una programación semanal de arranque y paro
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Vista de estado
Vista del estado en ordenador
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Vista en móvil
Vista de la pantalla de estado en el móvil
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Aplicación en Ruby on Rails

Para la gestión del sistema, desarrollé una aplicación web en Ruby on Rails que sirve como la interfaz de control de la calefacción.

Funciones principales:

✅ Procesamiento de datos de temperatura en tiempo real.
✅ Actualización automática del estado del sistema y condiciones ambientales.
✅ Análisis histórico del uso de la calefacción para optimización.
✅ Configuración personalizada de umbrales de temperatura y horarios de encendido/apagado.

La aplicación tiene dos partes:

1️⃣ Un daemon en segundo plano:

  • 🔹 Gestiona y almacena los datos recibidos.
  • 🔹 Procesa los datos en tiempo real para actualizar el servidor MQTT.

2️⃣ Una interfaz web y móvil:

  • 🔹 Muestra los datos de la calefacción con un diseño responsivo.
  • 🔹 Permite la configuración y gestión remota del sistema.

Estructura en la nube

El sistema se basa en servidores en la nube, que alojan la aplicación Ruby on Rails y almacenan los datos históricos generados por los dispositivos IoT. Esto permite:

  • Escalabilidad → Posibilidad de ampliar funcionalidades en el futuro.
  • Fiabilidad → Acceso continuo y sin interrupciones.
  • Accesibilidad → Control remoto desde cualquier dispositivo.

Optimización del consumo y análisis de datos

Uno de los desafíos en la gestión de calderas es que el mayor consumo de combustible se produce en el arranque del quemador. Para minimizar este efecto sin afectar el confort, la aplicación implementa el siguiente sistema:

  • Monitoriza los cambios de temperatura en incrementos de 0.5°C.
  • Si la temperatura establecida es 21°C, la caldera se mantiene apagada hasta que la temperatura descienda a 20.5°C.
  • Al encenderse, la caldera sigue funcionando hasta que la temperatura alcance 21.5°C.

Estadísticas

Además, el sistema genera estadísticas de consumo diario, mostrando:

Tiempo total de funcionamiento de la caldera.
Porcentaje de uso diario.
Número de arranques del quemador.

Este mecanismo reduce la frecuencia de arranques y paradas, mejorando la eficiencia del combustible.

Mejoras futuras

El sistema está diseñado para evolucionar y mejorar con el tiempo. Algunas de las próximas implementaciones incluyen:

🛠 Mejora del aislamiento de la vivienda:

Utilizando los datos históricos de consumo, se optimizará el aislamiento de puertas y ventanas para reducir la pérdida de calor.

🌡 Mayor eficiencia en los radiadores:

Instalación de ventiladores transversales en la base de los radiadores para mejorar la circulación del aire caliente y acelerar la distribución del calor.

📡 Control avanzado del sistema:

Integración con más módulos ESP32 y sensores para obtener una gestión aún más precisa.

Conclusión

Este proyecto demuestra que con una combinación de automatización, IoT y optimización energética, es posible mejorar el confort del hogar y reducir el consumo de combustible sin necesidad de una gran inversión.

La integración de tecnologías avanzadas y análisis de datos permite no solo optimizar la calefacción, sino también sentar las bases para un sistema inteligente y adaptable a futuras mejoras.

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