UTPL. Riofrio. Torres. WSN para la medición de nivel de la columna de agua en los pozos someros para el suministro del cantón Zapotillo.

WSN para la medición de nivel de la columna de agua en los pozos someros para el suministro del cantón Zapotillo

Alexis Paúl Friofrío Pomae-mail: apriofrio@utpl.edu.ec

Ronnier Alexander Torres Vicentee-mail: ratorres8@utpl.edu.ec

RESUMEN: El presente proyecto se trata de la implementación de una red de sensores inalámbricos (WSN) para el monitoreo del nivel de la columna de agua en los pozos someros localizados en el cantón Zapotillo, estos pozos dan abasto para el riego y consumo humano por lo que es necesario mantener un historial de algunos parámetros de la calidad de agua para la necesidad que se especifiquen. Además se establecerá las posibles variables para el dimensionamiento de sensores y que estos puedan tener un tiempo de vida que sea lo más eficiente posible que de tal manera no sobre dimensionar el sistema y no exceder costos innecesarios.

PALABRAS CLAVE: WSN, nivel de la columna de agua, Zapotillo, sensores.

1 INTRODUCCIÓN

El cantón Zapotillo provincia de Loja afronta muchos problemas debido a la escases de agua en época de verano, principalmente ocasionados por el calor, el nivel de humedad relativa del ambiente, pocas precipitaciones y otras problemáticas más. El líquido vital es utilizado para el consumo humano y para riego ya que esta localidad es proveedor de productos agrícolas y ganadero. Debido a esto su GAD municipal creyó conveniente en la creación de pozos someros para la extracción del agua para apalear dichas necesidades y así ya no tener problemas en un futuro.

La profundidad de estos pozos se encuentra en el rango de 30 a 70 metros, por lo cual se requieren maquinas especiales debido a que las características de estos pozos es su revestimiento para poder soportar fuertes presiones y que no colapsen sus paredes.

2 ASPECTOS GENERALES [1].

2.1 Ubicación

El cantón Zapotillo está localizado al Sur del Ecuador, en la región sur-occidental de la provincia de Loja.

LimitesCantón: Zapotillo.Provincia: Loja.País: Ecuador.Ubicación: Coordenadas: 04º15’ y 04º29’Latitud Sur: 80º22’36’’

Longitud Oeste: 80º23’35”

Figura 1. Ubicación geográfica del cantón Zapotillo.

LímitesAl Norte: Perú.Al Sur: Perú.Al Este: Los cantones de Puyango, Pindal,

Celica, Macará.Al Oeste: Perú.

Figura 2. Ubicación política del cantón Zapotillo

2.2 Superficie

El cantón Zapotillo cuenta con una extensión de 1212.07 km2 los cuales constituyen aproximadamente el 10.9 % del total de la provincia conformada por seis parroquias: 5 rurales y 1 urbana.

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PARROQUIA AREAZapotillo 193,73 km2

Paletillas 202,66 km2

Cazaderos 392,53 km2

Garzareales 181,91 km2

Limones 241,24 km2

BolaspambaTOTAL 1.212,07 km2

Tabla 1. Superficie del cantón Zapotillo y sus parroquias

2.3 TOPOGRAFÍA

Corresponde a terrenos poco accidentados, con presencia de colinas ligeramente onduladas. Las principales cordilleras son: Guapalas, Cimarrón, Cazaderos, Ceibo Quemado, Cabeza de Toro, Sahinos, Totoras, Camarones y el Sauce.

Las altitudes en el cantón Zapotillo, varían de 800 m.s.n.m en el este y hasta 150 m.s.n.m. en el nor-este, en el límite con el Perú.

Se puede considerar de manera general que la topografía del cantón Zapotillo es regular con pendientesque van del 5%.hasta el 15%

2.4 CLIMA

Zapotillo, por su ubicación presenta dos estaciones bien definidas que son: Invierno (desde el mes de enero hasta abril llegando hasta los 35ºC) y Verano (desde el mes de mayo a diciembre llegando hasta 25ºC. La temperatura media anual es de 24ºC.

2.5 HIDROGRAFÍA

El territorio de Zapotillo tiene ríos muy importantes como son:

El río Puyango que nace en la cordillera del Chilla y El Cisne con el nombre de Pindo.

El río Alamor o San José que atraviesa transversalmente la zona de Zapotillo, naciendo en la cordillera de Célica.

El río Catamayo riega parte del Cantón, bañando el margen derecho de la parroquia Zapotillo en una longitud aproximada de 45 Km, siguiendo el límite con el Perú; este río cuanto pasa a territorio peruano toma el nombre de Chira.

Una serie de quebradas secas cuyo caudal aumenta en época invernal, entre las cuales las más importantes son: Paletillas, El Melo, Mangahurco, Garzareal, El Faique, Zapallal, Las Lajas, Malvas, Pilares, Chombos, entre otras.

3 UBICACIÓN DE POZOS

Escriba Para la realización de nuestro estudio lo primero que debemos determinar es la ubicación de cada pozo que será monitorizado. Esto lo hacemos recabando información pertinente la cual será: Ubicación geográfica, población a la cual sirve y si se encuentra o

no en funcionamiento, además se tomara en cuenta la cobertura celular; la cual se verá en el diseño de la red.

Con las condiciones vistas anteriormente se realizo la selección de 5 pozos.

POZOUBICACIÓN

LATITUD LONGITUD1 -4.160909º -80.270982º2 -4.376267º -80.239086º3 -4.129234º -80.209228º4 -4.271458º -80.196268º5 -4.303323º -80.209395º Tabla 2. Ubicación geográfica de los pozos.

Figura 3. Ubicación de los pozos (Google Earth)

4 AGUA POTABLE. REQUISITOS [2].

4.1 REQUISITOS ESPECIFICOS

PARAMETROS UNIDADLIM. MÁX.

PERMITIDOColor Pt-Co 15

Turbiedad NTU 5Cloro libre residual

mg/l 0,3 a 1,5

Nitratos, NO3 mg/l 50Nitritos, NO2 mg/l 0,2Tabla 3. Requerimiento de los parámetros a medir [2].

5 SOLUCIÓN

Para la red de sensores que se va a implementar en cada uno de los pozos se divide en la parte control (sensores, acondicionamiento de señal), la parte de comunicación (módulos de comunicación) y la parte de alimentación de cada estación de monitoreo.

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5.1 ANÁLISIS DE COSTOS

En el proceso de selección de la instrumentación necesaria se toma como referencia algunas normativas internacionales como recomendaciones de la ONU y del NTE INEN 1 108:2011. Además de información respecto a los requerimiento sobre el medio de trabajo (proporcionado por el jefe del proyecto) para los sensores. Con ello y teniendo presente el costo de cada equipo respecto a nuestra necesidad hemos concluido, usar como módulo de control una tarjeta Arduino dado que se necesita únicamente leer variables analógicas y usar otra tecnología sería un desperdicio. A esta se le añade un módulo de acondicionamiento 4-20mA (salida de corriente) que es la salida de todos los sensores para su transformación a voltaje.

En la parte de comunicación usaremos un módulo GPRS dado la distancia de comunicación entre cada nodo de medición. Este aprovechando la cobertura de la red móvil se encargará de colar datos en la nube donde en un posterior trabajo se realizará alguna aplicación para su visualización y análisis (incluyendo eventos).

Todo el grupo de sensores se alimente con voltajes de entre 9 - 24V, con esto se acordó usar tanto baterías como un panel solar que nos proveerán de 12V y por las condiciones de todo sistema (solar) es necesario la regulación de tensión. Las baterías según recomendaciones INEN para este medio se usan de GEL. En los anexos se colocarán la lista de precios y como adelanto del proyecto la cotización a las empresas conde adquiriremos los diferentes equipos.

5.2 SENSORES

Los equipos que se elegidos se detallan a continuación.

REQUERIMIENTO EQUIPOS

Energía

Panel solar de 50W 12V POLY ECO WORTHY

Batería de gel de 12V 50AHRegulador SUN SABER

10AH 12V MORNINGSTARControlador Arduino Mega 2560 R4Conversor Arduino 4-20mA shield + RTC

Caudalímetro

SITRANS F M MAG 8000 CT DN300

Dooppler FDT-47 con 100 ft de cable

Calidad de agua Sonda HYDROLAB DS-5XSensor de Turbiedad OBS3+Sensor de presión de nivel

modelo HPT604Industrial Online pH Sensor

pH102Sensor de temperatura

HTS102Industrial Online Conductivity

Sensor con0.01Residual Chlorine sensor

CL110Pressure Transmitter for

water pipelinesTabla 4. Equipos para las mediciones (sensores)

5.3 MÓDULOS DE COMUNICACIÓN

Para poder tener la información aquí en Loja se utiliza módulos de comunicación, debido a las condiciones del terreno y las distancias de cada punto de medición se optó por utilizar la red de GSM ya que se cuenta con cobertura de celular.

REQUERIMIENTO EQUIPOS

Módulos de Comunicación

GPRS/GSM QUADBAND MODULE FOR ARDUINO

XBee ShieldAntena módulo GSM/GPS

Arduino Mega 2560 R4SX1272 LoRa module for

ArduinoMultiprotocol Radio Shield for

ArduinoADAFRUIT ASSEMBLED DATA LOGGING SHIELD

FOR ARDUINOTabla 5. Equipos para comunicación Nodo – Base

6 CONCLUSIONES

Debido a la gran distancia entre los sensores no es posible utilizar el estándar 802.15.3 diseñado especialmente para domótica y redes de sensores, frente a esto, resulta idóneo utilizar tecnologías WWAN, en este caso GPRS, puesto que en la zona, la empresa CONECEL S.A brinda cobertura con servicios de telefonía móvil y planes de datos.

Frente a la falta de suministro eléctrico, un sistema fotovoltaico se convirtió en la solución más viable, evitando el gran costo que hubiera significado instalar una red eléctrica en el lugar y a la ves aprovechar que en el cantón Zapotillo existe uno de los mayores niveles de radiación global promedio del Ecuador.

Existe una gran variedad de sensores en el mercado, ultrasónicos, por triangulación laser, capacitivos, entre otros; cada uno presenta ventajas y desventajas por lo que fue necesario analizarlos y determinar el que mejor se adapta a las necesidades de nuestro sistema, en este caso el sensor capacitivo de tipo hidrostático VEGAWELL 50.

7 REFERENCIAS

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[1] Portal Ecuador. Zapotillo [En línea]. Disponible en: http://www.portal-brasil.com/ECUADOR/Loja/Pueblos/Zapotillo/ASPECTOS%20GENERALES%20DE%20ZAPOTILLO.pdf

[2] NTE INEN 1 108:2011 Cuarta revisión. [En línea]. Disponible en:http://isa.ec/pdf/NORMA%20INEN%201108-%202011%20AGUA%20POTABLE.pdf

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