Automatización De Un Sistema De Bombeo Para El Aprovechamiento De Aguas Grises En Vivienda Rural

Automatización De Un Sistema De Bombeo Para El Aprovechamiento De Aguas Grises En Vivienda Rural

Diego Alejandro Rodríguez Gómez

Facultad de Tecnología Electromecánica, Universidad Antonio Nariño, Roldanillo, Colombia

dr846744@gmail.com

Abstract—The present article shows a practical proposal of an automated system to effectively control the filling and emptying of waste water in a tank, the project is based on the problem of not having a useful system for the use of the resource. The system that has been proposed has been endowed for the correct accomplishment of this task, used to reduce the great demand of the water resource. In this system will be used a microcontroller board or Arduino Uno, this being the brain of the whole system, accompanied by an ultrasonic sensor             Hc-sr04 which will constantly read the water levels in the tank, both are necessary for the smooth operation of the system and obtaining satisfactory results. Starting with this possible idea, a series of studies were carried out to determine the best possible approach and to obtain positive results. The system itself is very useful and will benefit those households in which the resource is very limited and expensive.

Resumen—El presente artículo  muestra una propuesta práctica de un sistema automatizado para controlar de forma efectiva el llenado y vaciado de aguas grises en un tanque, el artículo se basa en la problemática de no contar con un sistema útil para el aprovechamiento del recurso. El sistema que se ha propuesto ha sido dotado para la correcta realización de esta tarea, empleado para reducir la gran demanda del recurso hídrico. En este sistema se hará uso de un tablero microcontrolador o Arduino Uno, siendo este el cerebro de todo el sistema, acompañado de un sensor ultrasónico Hc-sr04 el cual leerá constantemente los niveles hídricos en el tanque, los dos son necesarios para el buen funcionamiento del sistema y la obtención de unos resultados satisfactorios. Al iniciarse con esta posible idea se realizaron una serie de estudios para determinar el mejor planteamiento posible y para la  obtención de resultados positivos. El sistema en sí, tiene gran utilidad y beneficiará aquellos hogares en los que el recurso sea muy limitado y costoso.

Palabras claves — Automatización, Arduino, aprovechamiento, residual, ahorro, sensor.

Keywords — Automation, Arduino, use, residual, savings, sensor.

1. Iintroducción

Los recursos hídricos y energéticos limitados, el alto precio del agua potable y sobre todo la gran demanda que tienen, han obligado al hombre a mejorar sus condiciones de  vida, facilitar sus labores cotidianas evitando desgastarse e incluso tener que hacerlo por sí mismo, lo que  ha generado en el hombre la necesidad de tener todo proceso de manera automática, a partir de eso se crea la automatización, como una serie de sistemas que de manera automática logran realizar cualquier trabajo en menos tiempo y con mayor calidad.

Automatizar un proceso tiene como finalidad volverlo constante, es decir, repetitivo sin el manejo del operador; para que logre esta función, el hombre únicamente interfiere en el proceso mediante un HMI (interfaz hombre-máquina), siempre y cuando sea necesario realizar algún cambio en cualquiera de las variables o tipo de  programación que conlleven a dicha realización del proceso.

Es por esto que la realización de este proyecto está enfocada en un sistema de automatización para el bombeo de aguas grises, debido a su vitalidad, es de gran importancia garantizar la  presencia de la misma en los  lugares  donde  las  personas generalmente residen, sean  estos casas, hoteles, entre otros. Nuestro país, en esta área presenta muchas debilidades, pero este problema se ha  solucionado  superficialmente  con  la  instalación  de tanques de almacenamiento de agua, sin embargo estos no disponen de un sistema  automático el cual permita conocer la cantidad de  agua  almacenada, ni tampoco que realice  una buena distribución del recurso.

El objetivo principal de este sistema es ahorrar, controlar,        y distribuir de manera adecuada el recurso para disminuir pérdidas de este; además de esto y muy importante evitar accidentes de trabajo, optimizar los procesos de utilización de las  aguas grises  y sobre todo causar un gran impacto ecológico y ambiental.

En la primera parte del artículo se encontraran los pasos que se analizaron para la factibilidad del diseño del sistema de automatización. Posteriormente se presenta el cálculo de las cantidades del recurso que no se  aprovechaban en la vivienda rural que se tomó como referencia  con base en un sistema de recirculación, con el fin de obtenerse valores para seleccionar los elementos pertinentes  para aprovechar esta demanda; después de que  se obtuvieron estos datos y se eligieron  los elementos se empezó con la programación del sistema por medio de un software; finalmente se obtendrá un costo de inversión y el tiempo de retorno en que se recuperará dicha inversión.

1. Metodología

Conocer la cantidad del recurso que no está siendo  utilizada; medir y controlar de forma eficiente el nivel del agua en la vivienda rural y optimizar el uso de esta  serán los  primeros  pasos para analizar la factibilidad del diseño de un  sistema de automatización para el bombeo de agua reutilizable.                                  

Para contrarrestar y mejorar  con algunos de estos problemas se han implementado sistemas de  reutilización y automatización de agua residuales, tanto para darle un buen uso, como una adecuada distribución

Se toma como referencia Un sistema de Recirculación de agua residual por medio de una bomba centrifuga, el cual está planteado en una vivienda rural. En este se puede  obtener el valor en metros cúbicos del agua que se consume durante un periodo mensual, igualmente la cantidad del recurso que se ahorrará en este mismo periodo y se establece la  cantidad de agua que entregará la bomba para diferentes intervalos.

Partiendo de estos datos, se realizan las medidas pertinentes  al tanque de almacenamiento con el fin de darle un buen posicionamiento  al sensor. Posteriormente se seleccionan los diferentes elementos del sistema; después que se obtienen estos datos y los elementos  se programará el sistema mediante un software llamado Matlab; por medio de unas librerías, allí se insertaran diagrama de bloques  con los diferentes datos obtenidos tanto para el nivel de apagado como para el nivel de encendido, teniendo los valores de estos componentes  se dará un costo de inversión y un tiempo de retorno.

1. Diseño Y Materiales

Para el diseño de este sistema de automatización según los datos de la Junta de Acueducto Rural  la vivienda que se toma como referencia tiene un consumo mensual de 30 m3; del sistema de recirculación se obtiene que de este valor del consumo mensual 22 m3 hace parte del agua residual que no está siendo aprovechada. Para aprovechar esta cantidad del recurso el sistema de automatización estará compuesto por:

Dos tanques plásticos de Polietileno, con una capacidad de 1000  litros cada uno, con un peso de 15  kilogramos en vacío; se eligieron estos ya que son muy duraderos y sobre todo higiénicos, por su diseño estructural y proceso de fabricación [1], no sufren daños por aguas o suelos corrosivos y son resistentes a la intemperie, al impacto y agentes atmosféricos evitando posibles fugas e infiltraciones que puedan alterar la calidad del agua almacenada, son resistentes a los rayos ultra violeta (UV);son fáciles de limpiar por sus paredes lisas y no generan algas y lama [2].

Un Arduino Uno Arduino es una placa con un microcontrolador de la marca Atmel y con toda la circuitería de soporte, que incluye, reguladores de tensión, un puerto USB conectado a un módulo adaptador USB-Serie que permite programar el microcontrolador desde cualquier PC de manera cómoda y también hacer pruebas de comunicación con el propio chip. Un Arduino dispone de 14 pines que pueden configurarse como entrada o salida y a los que puede conectarse cualquier dispositivo que sea capaz de transmitir o recibir señales digitales de 0 y 5 V. También dispone de entradas y salidas analógicas. Mediante las entradas analógicas podemos obtener datos de sensores en forma de variaciones continuas de un voltaje. Cada uno de los 14 pines digitales se puede usar como entrada o como salida. Funcionan a 5 V, cada pin puede suministrar hasta 40 mA. La intensidad máxima de entrada también es de 40 mA. Cada uno de los pines digitales dispone de una resistencia de pull-up interna de entre 20KΩ y 50KΩ que está desconectada, salvo que nosotros indiquemos lo contrario. Arduino también dispone de 6 pines de entrada analógicos que trasladan las señales a un conversor analógico/digital de 10 bits (ver Fig. 1).

Puede alimentarse directamente a través del propio cable USB o mediante una fuente de alimentación externa, como puede ser un pequeño transformador o, por ejemplo una pila de 9 V, los límites están entre los 6 y los 12 V [3].

Además de esto está compuesto por unas librerías, el cual hace que el Arduino sea cualquiera el tipo pueda funcionar sin ningún tipo de problemas. Estás permiten  sin necesidad de conocer un determinado periférico hacer funcionar el Arduino. Cabe destacar que estas librerías se aplican a todos los dispositivos que se conectan al Arduino, sean específicamente fabricados o no para esta placa [4].

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