Implementación de un prototipo de
monitoreo del nivel del agua en el reservorio de Viñas de la ciudad de Pampas
de la provincia de Tayacaja
Implementation of a water level
monitoring prototype in the Viñas reservoir in the city of Pampas in the
province of Tayacaja
Implementação de um protótipo de
monitoramento de nível de água no reservatório de Viñas na cidade de Pampas na
província de Tayacaja
Daniel Pari Huaman
Universidad
Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
45203479@unat.edu.pe
Gianmarco Montes Ilizarbe
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
71376009@unat.edu.pe
Ketih Meza Perilla
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
79539478@unat.edu.pe
Yassmin Karol Reyes Montes
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
75931934@unat.edu.pe
Ronald Paucar Curasma
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
rpaucarc@unat.edu.pe
RESUMEN
En el presente trabajo se
desarrolló un prototipo para el control y monitoreo del nivel del agua en el
reservorio de Viñas de Pampas-Tayacaja. Para el desarrollo del prototipo se
utilizaron la placa Arduino UNO y sensor ultrasonido HC-SR04, como dispositivos
principales; el sensor HC-SR04 permitió determinar la diferencial del volumen
de agua depositado en el reservorio. Con respecto al desarrollo de la interfaz
gráfica de monitoreo del nivel del agua se utilizó el software mBlock,
caracterizado por su facilidad de desarrollo de aplicaciones muy amigable;
asimismo, se construyó una maqueta que simule el reservorio de Viñas del valle
de Pampas, donde se ha realizado las pruebas del funcionamiento del prototipo.
El presente trabajo se desarrolló
siguiendo los cuatro pasos de resolución de problemas: comprensión del
problema, plan de actividades, ejecución de actividades y prueba o evaluación
de la solución, en el curso de Gestión de la Información con estudiantes de II
ciclo de la carrera de ingeniería industrial.
Palabras clave: Monitoreo,
sensor ultrasonido, arduino, mBlock, nivel de agua.
ABSTRACT
In the present
paper, a prototype was developed for the control and monitoring of the water
level in the Viñas de Pampas-Tayacaja reservoir. For the development of the
prototype, the Arduino UNO board and the HC-SR04 ultrasound sensor were used as
main devices; the HC-SR04 sensor allowed to determine the differential of the
volume of water deposited in the reservoir. With respect to the development of
the graphical interface for monitoring the water level, the mBlock software was
used, characterized by its ease of development of very friendly applications;
Likewise, a model was built that simulates the reservoir of Viñas del Valle de
Pampas, where tests of the operation of the prototype have been carried out.
The present
paper was developed following the four steps of problem solving: understanding
of the problem, plan of activities, execution of activities and test or
evaluation of the solution, in the course of Information Management with
students of II cycle of the career of industrial engineering.
Keywords: Monitoring, ultrasound sensor, arduino, mBlock, water level.
RESUMO
No presente trabalho, foi
desenvolvido um protótipo para o controle e monitoramento do nível de água no
reservatório de Viñas de Pampas-Tayacaja. Para o desenvolvimento do protótipo,
a placa Arduino UNO e o sensor de ultrassom HC-SR04 foram utilizados como
dispositivos principais; o sensor HC-SR04 permitiu determinar o diferencial do
volume de água depositado no reservatório. No que diz respeito ao
desenvolvimento da interface gráfica para monitorização do nível de água, foi
utilizado o software mBlock, caracterizado pela facilidade de desenvolvimento
de aplicações muito amigáveis; Da mesma forma, foi construído um modelo que
simula o reservatório de Viñas del Valle de Pampas, onde foram realizados
testes de funcionamento do protótipo.
O presente trabalho foi
desenvolvido seguindo as quatro etapas de resolução de problemas: compreensão
do problema, plano de atividades, execução das atividades e teste ou avaliação
da solução, no curso de Gestão da Informação com alunos do II ciclo da carreira
de engenharia industrial.
Palavras-chave: Monitoramento,
sensor de ultrassom, arduino, mBlock, nível de água.
INTRODUCCIÓN
Según la Autoridad Nacional del
Agua (ANA), se establece el volumen anual promedio de agua en Perú es de
1´768172 millones de metros cúbicos, lo cual podría hacer pensar que el país no
presenta ningún problema en el abastecimiento de este recurso; sin
embargo, el 97,27% de la disponibilidad de agua está distribuida en la Sierra y
Amazonía, que alberga tan solo el 30,76% de la población (CARE-PERÚ, 2021).
Dentro de los principales problemas existentes podemos mencionar el déficit en
la cobertura, tanto en agua potable (23%) como en alcantarillado (38%), así
como la falta de continuidad del servicio de agua potable (17.4 horas en
promedio). Las cifras oficiales del Perú permiten ver que nuestro país tiene
31,7 millones de habitantes. De estos, el 10,6% y el 25,5% no tiene acceso a
agua, porcentajes que se elevan a 37,8% y 75,7% en el ámbito rural (IPE, 2021).
En la provincia de Tayacaja solo el 57.26% de la población cuenta con el
abastecimiento de agua dentro de sus viviendas y de estos más del 25% tiene agua
por solo 6 horas diarias (Castro & Tristán, 2018).
Para determinar el nivel del agua
en los reservorios pueden emplearse tecnologías de vanguardia, basado en la
placa Arduino (Arduino, 2021) y sensores que son importantes para resolver
problemas de la sociedad, asociados a sistemas de supervisión, control y
automatización.
Actualmente no se conoce en
tiempo real la disponibilidad del líquido elemento en los reservorios de agua
para consumo humano distribuidos en el valle de Pampas, siendo la disponibilidad
de agua un indicador para su gestión y administración por las municipalidades
responsables.
En este artículo se implementa un
sistema que permita medir y supervisar el nivel de agua en los reservorios en
un tiempo real, en los reservorios en el valle de Pampas – Tayacaja; para ello
se utilizaron una placa Arduino Uno y sensor ultrasonido HC-SR04 (Tola, 2017);
el sensor se encargará de calcular nivel del agua con respecto a la superficie
del reservorio, mientras los diodos LED serán indicadores que representan el
aumento del nivel del agua y a su vez se reflejará en la interfaz gráfica de
monitoreo del nivel del agua, desarrollado en el software mBlock (Makeblock,
2021), que se caracteriza por contar con bloques de programación..
METODOLOGÍA
Nuestro trabajo se desarrolló
siguiendo la metodología de Polya (1945) que consta de 4 procesos o fases:
comprensión del problema, plan de actividades, ejecución de actividades y
prueba o evaluación de la solución.
Comprensión del problema
Para identificar la problemática
con respecto al abastecimiento del agua en la ciudad de Pampas, se ha
consultado diversas fuentes bibliográficas; como: repositorio de tesis de la
facultad de ingeniería electrónica y sistemas de la Universidad Nacional de Huancavelica,
Pagina web de la Municipalidad Provincial de Pampas-Tayacaja, Pagina web de la
región de Huancavelica, artículos científicos de Google scholar; así, como base
de datos Dialnet, para comprender la problemática abordado. En la Figura 1 se
muestra las diversas fuentes bibliográficas consultadas.
Figura 1: Diversas fuentes
bibliográficas consultadas.
Planeamiento de las
actividades
En esta fase se ha planificado
las siguientes actividades:
-
Primera actividad: identificar el problema.
-
Segunda actividad: elaborar el diseño de la interfaz gráfica para
representar el nivel de agua.
-
Tercera actividad: adquirir los materiales.
Ejecución de las actividades
A.
Descripción de los componentes eléctricos y electrónicos.
En el desarrollo del prototipo se
han utilizado los siguientes componentes electrónicos:
Tabla 1
Materiales
utilizados.
|
Dispositivo
|
Cantidad
|
Características
|
|
Placa Arduino
|
1
|
Arduino UNO
|
|
Sensor Ultrasonido
|
1
|
HC-SR04
|
|
Diodos LED
|
3
|
Rojo, amarillo y verde
|
|
Resistencia
|
3
|
330 ohms
|
|
Protoboard
|
1
|
5mm
|
|
Cables
|
5
|
Cables para el protoboard
|
-
Arduino Uno, es una plataforma electrónica de código abierto
basada en hardware y software fáciles de usar. Está destinado a cualquiera que
realice proyectos interactivos (Arduino, 2021).
Figura 2: Dispositivo Arduino uno.
-
Sensor Ultrasonido HC-SR04. Es un sensor de distancias que
funciona por ultrasonidos, que detecta objetos y se puede evaluar la distancia
a la que se encuentra en un rango de 2 a 450 cm. Su aplicación es muy sencillo
y amigable, como enviar el pulso del arranque y medir la anchura del pulso de
retorno (Tola, 2017).
Figura 3: Sensor ultrasonido HC-SR04.
-
Diodos LED. Es un dispositivo que permite el paso de la corriente
en un solo sentido y que al polarizado emite luz.
Figura 4: Diodo LED.
-
Resistencias. En el proyecto se utilizó 3 resistencias de 330
ohmios y soporta una potencia máxima de ¼ W. Se utiliza en su totalidad de
circuitos eléctricos y electrónicos, para oponerse al paso de la corriente
eléctrica y pueda lograrse el objetivo.
Figura 5:
Dispositivo resistencia de 330 ohm.
B.
Diseño del circuito compuesto por la placa Arduino y el
sensor ultrasonido.
En la siguiente figura se muestra
el conexionado de la placa Arduino UNO con el sensor HC-SR04, 5 resistencias y
5 diodos LED. El sensor detecta la variación del nivel y envía una señal
analógica a la placa Arduino UNO y como consecuencia de la variación se
representan en los diodos LED. Los 5 diodos LED van conectados directamente a
los pines 2 al 6 de la placa Arduino UNO. Los pines del sensor ultrasonido
HC-SR04 triger y eco se conectan a los pines 11 y 12 respectivamente, y el GND,
como el VCC se conectan a los pines del Arduino UNO de 5V que en este caso
viene a ser el paso de la corriente junto al GND.
Figura 6: Circuito para
medir los parámetros ambientales de temperatura y humedad.
Los niveles de tocosh de papa
suministrados en la dieta influyeron en el rendimiento productivo de los pollos
de engorde (Tabla 3). El peso vivo final, la ganancia de peso/día y el consumo
de alimento fueron mayores en T1 (2,5% de tocosh) en comparación al T0 y T2,
mientras que la conversión alimenticia fue significativamente mejor en T0 que
en los grupos suplementados con tocosh (p < 0,05).
C.
Programación de la placa Arduino para obtener datos del
sensor ultrasonido.
Para comprobar esta actividad
debe existir una conexión entre la placa Arduino UNO y la computadora, a su vez
con el sensor ultrasonido, este último es programado en mBlock para recoger la
variación de la altura del sensor (nivel de agua), enviando esta información a
la computadora a través del puerto USB. Durante el desarrollo del programa se
utilizaron bloques de “Transmitir mensaje en modo de carga”, variables, control
y eventos. En la siguiente figura se muestra parte de la programación para la
recolección de datos del sensor ultrasonido.
Figura 7: Bloque de
adquisición de datos del sensor ultrasonido.
Tabla 2
Datos de
prueba del nivel del agua.
|
Caso
|
Valor
arrojado
|
Resultado
|
|
1
|
0 cm
|
El tanque se
encuentra vacío.
|
|
2
|
5cm
|
El tanque se encuentra por la mitad.
|
|
3
|
10cm
|
El tanque se encuentra lleno.
|
En la Figura 8 se muestra que la
abertura de las ondas de emisión y recepción afectan de modo significativo la
altura del sensor respecto al nivel de agua, considerando un margen de error de
un 3%.
Figura 8: Emisión de
paquetes de sonido.
RESULTADOS
Interfaz gráfica para el
monitoreo
En la figura 9, se muestra la
interfaz gráfica desarrollado en mBlock, donde, se muestra una imagen de
reservorio de 10 cm, con unos indicadores que marcan cada 2 cm de altura el
llenado del reservorio o tanque. Cada indicador tiene un color diferente que
nos permite evaluar la altura correspondiente, y cuando los indicadores están
apagados, quiere decir que el reservorio se encuentra vacío; también se cuenta
con un medidor de distancia en la parte superior del objeto, que está
relacionado con el encendido de diodos LED cada 2 cm respectivamente, el cual
nos permite conocer si el reservorio está vacío o lleno.
Figura 9: Interfaz gráfica
de usuario.
Integración del prototipo
En la figura 10 se muestra la
maqueta construida que contiene el reservorio viñas; así también se muestra la
integración del circuito eléctrico conformado por la placa Arduino y sensor
ultrasonido HC-SR04. Los diodos LED está sincronizado a 2 cm ya que nuestro
reservorio tiene una altura de 10 cm. Cada diodo LED muestra el incremento del
nivel de agua en el reservorio a 2, 4, 6, 8 y 10 cm; cuando enciende el diodo
LED que corresponde a 10 cm, nos indica que el tanque está lleno. Todas estas
acciones se monitorean desde la interfaz gráfica de usuario.
Figura 10: Integración del
prototipo en la maqueta.
DISCUSIONES
Existen diversos trabajos de
investigación relacionado a la disponibilidad hídrica en reservorios de agua en
el valle de Pampas. Castro y Tristán (2018) propicia el conocimiento en tiempo
real del comportamiento volumétrico del agua en cinco reservorios,
contribuyendo de este modo con información sobre los ecosistemas acuáticos del
valle de pampas; llegando afirmar que sólo en 57,26% de la población cuenta con
abastecimiento de agua dentro de sus viviendas y de estos más del 25% tiene
agua sólo por 6 horas diarias. En ese contexto Huayta y Suaña (2017) propone un
sistema de control de nivel de líquido, creando así nuevos espacios de
facilidad y monitoreo, y para el buen uso del control de nivel de agua de un
tanque a través de un sistema SCADA mediante redes industriales. Asimismo, en
nuestro caso con el prototipo desarrollado, se tiene la finalidad monitorear el
nivel del agua en el reservorio de Pampas - Tayacaja, a fin de tomar
previsiones durante la escasez de agua en el valle de Pampas.
CONCLUSIONES
Los sensores de nivel por
ultrasonido nos permiten determinar adecuadamente el nivel del agua en el
reservorio del distrito de Viñas-Pampas de la provincia de Tayacaja y por medio
de la interfaz gráfica de usuario nos permiten monitorear el estado del nivel
del agua, así determinar el modo adecuado a la disponibilidad hídrica en varios
reservorios del valle de Pampas -Tayacaja, en un intervalo de tiempo
establecido por el usuario.
El software mBlock y la placa
Arduino, son herramientas fundamentales y prácticos para desarrollar proyectos
a medida, para resolver problemas de nuestro entorno. Además, es idóneo su uso
en cursos de pregrado.
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