Medidor de energía con ESPHome y sensor SCT-013: Proyecto DIY de bajo coste para monitorizar tu hogar

La monitorización del consumo eléctrico se ha convertido en una necesidad para hogares que buscan eficiencia y ahorro. Conocer cuánta energía consume cada electrodoméstico, identificar picos de demanda y detectar consumos fantasma son pasos clave para reducir la factura de la luz. Sin embargo, los medidores comerciales suelen ser caros o cerrados, limitando su integración con sistemas domóticos. Este artículo presenta una solución DIY de bajo coste: un medidor de energía basado en el sensor de corriente SCT-013 y la plataforma ESPHome, que permite monitorizar el consumo en tiempo real y enviar los datos a Home Assistant u otros sistemas. A lo largo de esta guía, exploraremos los fundamentos técnicos, el cableado, la configuración del firmware, la calibración y la integración, ofreciendo un proyecto completo y reproducible.

Fundamentos del sensor SCT-013 y la medición de corriente

El SCT-013 es un transformador de corriente de tipo abrazadera (también llamado pinza amperimétrica) que permite medir corriente alterna sin necesidad de interrumpir el circuito. Su principio de funcionamiento se basa en la inducción electromagnética: el conductor que transporta la corriente actúa como primario de un transformador, y la bobina interna del sensor, como secundario. Esta configuración genera una corriente proporcional a la corriente que fluye por el conductor, que luego se convierte en una tensión mediante una resistencia de carga (burden resistor) integrada en el sensor. El SCT-013 está disponible en varias versiones, siendo las más comunes las de 30A, 50A y 100A. La versión de 30A (SCT-013-030) es la más utilizada para aplicaciones domésticas, ya que la mayoría de los circuitos de una vivienda no superan esa corriente. Además, el sensor puede venir con salida de tensión (0-1V) o salida de corriente (0-50mA). Para ESPHome, se recomienda la versión con salida de tensión (0-1V), ya que se conecta directamente a la entrada analógica del ESP32 o ESP8266 sin necesidad de circuitos adicionales.

La medición de corriente alterna requiere un procesamiento adicional para obtener el valor eficaz (RMS). La corriente alterna varía sinusoidalmente, por lo que una simple lectura de tensión no es suficiente. El ESP32, por ejemplo, tiene un conversor analógico-digital (ADC) que muestrea la señal a una frecuencia determinada. Para calcular el RMS, se deben tomar muchas muestras durante un periodo completo (20 ms en Europa, 16.67 ms en América) y aplicar la fórmula: RMS = sqrt(media de los cuadrados de las muestras). ESPHome facilita este proceso mediante el componente sensor con la plataforma ct_clamp, que se encarga de leer el ADC y calcular la corriente RMS. Además, para obtener la potencia, es necesario conocer la tensión de la red (asumida como constante, por ejemplo 230V en España) y el factor de potencia. En cargas resistivas (como calefactores o bombillas incandescentes), el factor de potencia es aproximadamente 1, pero en cargas inductivas (motores, transformadores) puede ser menor. Para simplificar, muchos proyectos asumen un factor de potencia de 1, lo que introduce un error que puede ser aceptable para monitorización, pero no para facturación.

Componentes necesarios y presupuesto

Para construir este medidor de energía, necesitaremos los siguientes componentes:

• Sensor SCT-013-030 (salida 0-1V): Es el componente principal. Se puede adquirir por unos 10-15 euros en tiendas online como Amazon o AliExpress.
• ESP32 o ESP8266: El microcontrolador que leerá el sensor y se comunicará con la red Wi-Fi. Un ESP32 DevKit cuesta alrededor de 5-10 euros.
• Fuente de alimentación: Para alimentar el ESP, se puede usar un cargador USB de 5V (2 euros) o una fuente de 3.3V.
• Resistencias y condensadores: Para el acondicionamiento de señal, aunque el SCT-013 con salida de tensión ya incluye la resistencia de carga, se recomienda añadir un divisor de tensión para centrar la señal en 1.65V (mitad de la tensión de referencia del ADC) y un condensador para filtrar ruido. Estos componentes cuestan menos de 1 euro.
• Caja de montaje: Una caja de plástico para proteger el circuito (2 euros).

En total, el proyecto puede costar menos de 30 euros, muy por debajo de los medidores comerciales que superan los 100 euros. Además, al ser DIY, tenemos total control sobre el firmware y la integración.

Esquema de conexión y acondicionamiento de señal

La conexión es sencilla, pero requiere cuidado. El SCT-013 con salida de tensión (0-1V) tiene un conector jack de 3.5mm. Los cables internos son: el positivo (señal) y el negativo (tierra). Sin embargo, la salida de tensión es una señal senoidal que oscila alrededor de 0V, con picos de hasta 1V. Para que el ADC del ESP32 pueda leerla correctamente, necesitamos desplazar la señal a un nivel de tensión positiva, típicamente la mitad de la tensión de referencia (3.3V/2 = 1.65V). Esto se logra con un divisor de tensión formado por dos resistencias iguales (por ejemplo, 100kΩ) conectadas entre 3.3V y GND, y la señal del sensor conectada al punto medio. Además, se añade un condensador de 10µF en paralelo con la resistencia inferior para filtrar el ruido y estabilizar la referencia. El esquema es el siguiente:

Conecta el pin de señal del SCT-013 al punto medio del divisor (nodo A). Este nodo se conecta al pin ADC del ESP32 (por ejemplo, GPIO34 en el ESP32). La tierra del sensor se conecta a GND. El divisor de tensión se alimenta desde 3.3V y GND. Asegúrate de que el ADC del ESP32 esté configurado para leer tensiones de 0 a 3.3V. En el ESP8266, el ADC es de 10 bits y solo admite hasta 1.0V, por lo que se necesitaría un divisor adicional para reducir la señal, pero se recomienda usar ESP32 por su ADC de 12 bits y mejor precisión.

Configuración de ESPHome

ESPHome es un sistema que permite configurar y controlar dispositivos ESP mediante archivos YAML. Una vez instalado (puedes usar el complemento de Home Assistant o la CLI), creamos un archivo de configuración para nuestro medidor. A continuación, se muestra un ejemplo completo:

esphome:
  name: medidor_energia
  platform: ESP32
  board: esp32dev

wifi:
  ssid: 'MiRedWiFi'
  password: 'MiContraseña'

# Enable logging
logger:

# Enable Home Assistant API
api:
  encryption:
    key: 'clave_encriptacion'

ota:
  - platform: esphome
    password: 'clave_ota'

sensor:
  - platform: ct_clamp
    id: corriente
    name: 'Corriente Total'
    update_interval: 10s
    sample_duration: 200ms
    internal: false
    filters:
      - calibrate_linear:
          - 0.0 -> 0.0
          - 1.0 -> 30.0  # Ajustar según la sensibilidad del sensor
    voltage: 230.0  # Tensión de la red
    power:
      name: 'Potencia Total'
      id: potencia
      unit_of_measurement: 'W'
    energy:
      name: 'Energía Total'
      unit_of_measurement: 'kWh'
      accuracy_decimals: 3

En este ejemplo, el componente ct_clamp se encarga de leer el ADC y calcular la corriente RMS. El parámetro sample_duration define el tiempo de muestreo (200ms es suficiente para capturar varios ciclos). El filtro calibrate_linear ajusta la relación entre la tensión leída y la corriente real. Para calibrar, necesitamos una carga conocida (por ejemplo, una lámpara de 100W) y ajustar los puntos de calibración. El parámetro voltage se usa para calcular la potencia aparente (V * I), y el componente energy integra la potencia a lo largo del tiempo para obtener la energía en kWh.

Es importante destacar que este cálculo asume un factor de potencia de 1. Para una medición más precisa, se necesitaría un sensor de tensión adicional, pero para monitorización general es suficiente.

Calibración y precisión

La calibración es esencial para obtener lecturas fiables. El SCT-013 tiene una relación de vueltas de 1000:1, lo que significa que una corriente de 30A en el primario induce una corriente de 30mA en el secundario. Con la resistencia de carga interna (típicamente 22Ω), la tensión de salida es de 0.66V para 30A (RMS). Sin embargo, la respuesta no es perfectamente lineal, por lo que se recomienda calibrar con al menos dos puntos. Para calibrar, conecta una carga resistiva conocida (por ejemplo, un radiador de 1000W) y mide la corriente real con una pinza amperimétrica de referencia. Luego, ajusta los valores en el filtro calibrate_linear para que la lectura coincida. Por ejemplo, si con una carga de 1000W a 230V la corriente es de 4.35A, y el ADC lee 0.2V, entonces el punto de calibración sería 0.2 -> 4.35. Repite con otra carga (por ejemplo, 2000W) y ajusta el segundo punto.

La precisión del SCT-013 es de alrededor del 1-2% en condiciones ideales, pero puede verse afectada por la temperatura, la posición del conductor dentro de la pinza y el ruido eléctrico. Para mejorar la precisión, se recomienda usar un filtro paso bajo en el software, que ESPHome ya incluye mediante el filtro sliding_window_moving_average. Además, es importante que el conductor pase por el centro de la pinza para evitar errores.

Instalación en el cuadro eléctrico

La instalación del SCT-013 en el cuadro eléctrico debe realizarse con precaución. El sensor se coloca alrededor del conductor de fase (el cable marrón o negro) que alimenta el circuito que se desea medir. No debe colocarse alrededor del neutro, ya que la corriente en el neutro es aproximadamente cero si la carga está equilibrada. Para medir el consumo total de la vivienda, se coloca en el cable de fase principal, después del interruptor general. Es fundamental que la instalación se realice con el circuito sin tensión, para evitar accidentes. Si no tienes experiencia en electricidad, contrata a un electricista profesional.

El ESP32 y el circuito de acondicionamiento deben ubicarse en una caja de montaje, preferiblemente cerca del cuadro eléctrico, pero fuera de él para evitar interferencias electromagnéticas. El cable del sensor debe ser apantallado para reducir el ruido. Una vez conectado, se puede alimentar el ESP32 con un cargador USB conectado a una toma cercana.

Integración con Home Assistant

Una vez que el dispositivo ESPHome está configurado y conectado a la red, se integra automáticamente con Home Assistant si la API está habilitada. En Home Assistant, aparecerán las entidades de corriente, potencia y energía. Puedes crear tarjetas en el panel de control para visualizar los datos en tiempo real, así como automatizaciones para recibir alertas cuando el consumo supere un umbral. Por ejemplo, puedes configurar una notificación si la potencia supera los 3000W, o apagar electrodomésticos mediante relés inteligentes cuando se detecte un consumo fantasma.

Además, ESPHome permite publicar los datos en plataformas externas como InfluxDB o MQTT, para un análisis más avanzado. La energía acumulada se puede exportar a sistemas de facturación o paneles solares para optimizar el autoconsumo.

Errores comunes y soluciones

A continuación, se presentan algunos errores típicos al construir este proyecto y cómo solucionarlos:

• Lecturas inestables o negativas: Esto suele deberse a una mala conexión a tierra o a que el divisor de tensión no está bien implementado. Verifica que el punto de referencia esté a 1.65V y que la señal del sensor esté correctamente conectada.
• Valores de potencia incorrectos: Asegúrate de que el voltaje configurado coincida con el de tu red (230V en Europa, 120V en América). También verifica la calibración de la corriente.
• El ESP32 no lee el sensor: Comprueba que el pin ADC correcto esté configurado en ESPHome (por ejemplo, GPIO34). En el ESP32, no todos los pines son ADC, así que revisa la documentación.

Comparativa con medidores comerciales

Para ayudarte a decidir si este proyecto DIY es adecuado para ti, hemos elaborado una tabla comparativa con algunos medidores comerciales populares:

Como se puede observar, el proyecto DIY ofrece la mejor relación calidad-precio y una integración perfecta con Home Assistant, aunque requiere ciertos conocimientos técnicos y su precisión es ligeramente inferior. Para la mayoría de los usuarios, esta precisión es suficiente para identificar consumos y ahorrar energía.

Preguntas frecuentes