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Red de Sensores Inalmbricos (WSN)

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Preparacin de Informes en formato IEE

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

WSN para la medicin de nivel de la columna de agua en los pozos someros para el suministro del cantn Zapotillo Alexis Pal Friofro Pomae-mail: apriofrio@utpl.edu.ecRonnier Alexander Torres Vicentee-mail: ratorres8@utpl.edu.ec

RESUMEN: El presente proyecto se trata de la implementacin de una red de sensores inalmbricos (WSN) para el monitoreo del nivel de la columna de agua en los pozos someros localizados en el cantn Zapotillo, estos pozos dan abasto para el riego y consumo humano por lo que es necesario mantener un historial de algunos parmetros de la calidad de agua para la necesidad que se especifiquen. Adems se establecer las posibles variables para el dimensionamiento de sensores y que estos puedan tener un tiempo de vida que sea lo ms 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 INTRODUCCIN

El cantn Zapotillo provincia de Loja afronta muchos problemas debido a la escases de agua en poca de verano, principalmente ocasionados por el calor, el nivel de humedad relativa del ambiente, pocas precipitaciones y otras problemticas ms. El lquido vital es utilizado para el consumo humano y para riego ya que esta localidad es proveedor de productos agrcolas y ganadero. Debido a esto su GAD municipal crey conveniente en la creacin de pozos someros para la extraccin del agua para apalear dichas necesidades y as 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 caractersticas de estos pozos es su revestimiento para poder soportar fuertes presiones y que no colapsen sus paredes. 2 ASPECTOS GENERALES [1].

2.1 UbicacinEl cantn Zapotillo est localizado al Sur del Ecuador, en la regin sur-occidental de la provincia de Loja.LimitesCantn: Zapotillo.

Provincia: Loja.

Pas: Ecuador.

Ubicacin:Coordenadas: 0415 y 0429

Latitud Sur: 802236

Longitud Oeste: 802335

Figura 1. Ubicacin geogrfica del cantn Zapotillo.

Lmites

Al Norte: Per.

Al Sur:Per.

Al Este: Los cantones de Puyango, Pindal, Celica, Macar.Al Oeste: Per.

Figura 2. Ubicacin poltica del cantn Zapotillo2.2 Superficie

El cantn Zapotillo cuenta con una extensin 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.

PARROQUIAAREA

Zapotillo193,73 km2

Paletillas202,66 km2

Cazaderos392,53 km2

Garzareales181,91 km2

Limones241,24 km2

Bolaspamba

TOTAL1.212,07 km2

Tabla 1. Superficie del cantn Zapotillo y sus parroquias2.3 TOPOGRAFA

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

Las altitudes en el cantn Zapotillo, varan de 800 m.s.n.m en el este y hasta 150 m.s.n.m. en el nor-este, en el lmite con el Per.

Se puede considerar de manera general que la topografa del cantn Zapotillo es regular con pendientes

que van del 5%.hasta el 15% 2.4 CLIMA

Zapotillo, por su ubicacin presenta dos estaciones bien definidas que son: Invierno (desde el mes de enero hasta abril llegando hasta los 35C) y Verano (desde el mes de mayo a diciembre llegando hasta 25C. La temperatura media anual es de 24C.2.5 HIDROGRAFAEl territorio de Zapotillo tiene ros muy importantes como son:

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

El ro Alamor o San Jos que atraviesa transversalmente la zona de Zapotillo, naciendo en la cordillera de Clica.

El ro Catamayo riega parte del Cantn, baando el margen derecho de la parroquia Zapotillo en una longitud aproximada de 45 Km, siguiendo el lmite con el Per; este ro cuanto pasa a territorio peruano toma el nombre de Chira.

Una serie de quebradas secas cuyo caudal aumenta en poca invernal, entre las cuales las ms importantes son: Paletillas, El Melo, Mangahurco, Garzareal, El Faique, Zapallal, Las Lajas, Malvas, Pilares, Chombos, entre otras. 3 UBICACIN DE POZOSEscriba Para la realizacin de nuestro estudio lo primero que debemos determinar es la ubicacin de cada pozo que ser monitorizado. Esto lo hacemos recabando informacin pertinente la cual ser: Ubicacin geogrfica, poblacin a la cual sirve y si se encuentra o no en funcionamiento, adems se tomara en cuenta la cobertura celular; la cual se ver en el diseo de la red.

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

POZOUBICACIN

LATITUDLONGITUD

1-4.160909-80.270982

2-4.376267-80.239086

3-4.129234-80.209228

4-4.271458-80.196268

5-4.303323-80.209395

Tabla 2. Ubicacin geogrfica de los pozos.

Figura 3. Ubicacin de los pozos (Google Earth)4 AGUA POTABLE. REQUISITOS [2].4.1 REQUISITOS ESPECIFICOSPARAMETROSUNIDADLIM. MX. PERMITIDO

ColorPt-Co15

TurbiedadNTU5

Cloro libre residualmg/l0,3 a 1,5

Nitratos, NO3mg/l50

Nitritos, NO2mg/l0,2

Tabla 3. Requerimiento de los parmetros a medir [2].5 SOLUCINPara la red de sensores que se va a implementar en cada uno de los pozos se divide en la parte control (sensores, acondicionamiento de seal), la parte de comunicacin (mdulos de comunicacin) y la parte de alimentacin de cada estacin de monitoreo. 5.1 ANLISIS DE COSTOS

En el proceso de seleccin de la instrumentacin necesaria se toma como referencia algunas normativas internacionales como recomendaciones de la ONU y del NTE INEN 1 108:2011. Adems de informacin 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 mdulo de control una tarjeta Arduino dado que se necesita nicamente leer variables analgicas y usar otra tecnologa sera un desperdicio. A esta se le aade un mdulo de acondicionamiento 4-20mA (salida de corriente) que es la salida de todos los sensores para su transformacin a voltaje. En la parte de comunicacin usaremos un mdulo GPRS dado la distancia de comunicacin entre cada nodo de medicin. Este aprovechando la cobertura de la red mvil se encargar de colar datos en la nube donde en un posterior trabajo se realizar alguna aplicacin para su visualizacin y anlisis (incluyendo eventos).

Todo el grupo de sensores se alimente con voltajes de entre 9 - 24V, con esto se acord usar tanto bateras como un panel solar que nos proveern de 12V y por las condiciones de todo sistema (solar) es necesario la regulacin de tensin. Las bateras segn recomendaciones INEN para este medio se usan de GEL. En los anexos se colocarn la lista de precios y como adelanto del proyecto la cotizacin a las empresas conde adquiriremos los diferentes equipos.5.2 SENSORESLos equipos que se elegidos se detallan a continuacin.REQUERIMIENTOEQUIPOS

EnergaPanel solar de 50W 12V POLY ECO WORTHY

Batera de gel de 12V 50AH

Regulador SUN SABER 10AH 12V MORNINGSTAR

ControladorArduino Mega 2560 R4

ConversorArduino 4-20mA shield + RTC

CaudalmetroSITRANS F M MAG 8000 CT DN300

Dooppler FDT-47 con 100 ft de cable

Calidad de aguaSonda HYDROLAB DS-5X

Sensor de Turbiedad OBS3+

Sensor de presin de nivel modelo HPT604

Industrial Online pH Sensor pH102

Sensor de temperatura HTS102

Industrial Online Conductivity Sensor con0.01

Residual Chlorine sensor CL110

Pressure Transmitter for water pipelines

Tabla 4. Equipos para las mediciones (sensores)5.3 MDULOS DE COMUNICACIN

Para poder tener la informacin aqu en Loja se utiliza mdulos de comunicacin, debido a las condiciones del terreno y las distancias de cada punto de medicin se opt por utilizar la red de GSM ya que se cuenta con cobertura de celular.REQUERIMIENTOEQUIPOS

Mdulos de ComunicacinGPRS/GSM QUADBAND MODULE FOR ARDUINO

XBee Shield

Antena mdulo GSM/GPS

Arduino Mega 2560 R4

SX1272 LoRa module for Arduino

Multiprotocol Radio Shield for Arduino

ADAFRUIT ASSEMBLED DATA LOGGING SHIELD FOR ARDUINO

Tabla 5. Equipos para comunicacin Nodo Base

6 CONCLUSIONES Debido a la gran distancia entre los sensores no es posible utilizar el estndar 802.15.3 diseado especialmente para domtica y redes de sensores, frente a esto, resulta idneo utilizar tecnologas WWAN, en este caso GPRS, puesto que en la zona, la empresa CONECEL S.A brinda cobertura con servicios de telefona mvil y planes de datos.

Frente a la falta de suministro elctrico, un sistema fotovoltaico se convirti en la solucin ms viable, evitando el gran costo que hubiera significado instalar una red elctrica en el lugar y a la ves aprovechar que en el cantn Zapotillo existe uno de los mayores niveles de radiacin global promedio del Ecuador.

Existe una gran variedad de sensores en el mercado, ultrasnicos, por triangulacin 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 hidrosttico VEGAWELL 50. 7 REFERENCIAS

[1] Portal Ecuador. Zapotillo [En lnea]. Disponible en: http://www.portal-brasil.com/ECUADOR/Loja/Pueblos/Zapotillo/ASPECTOS%20GE