Domótica aplicada al monitoreo de llaves de Agua

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MONITOREO DE LLAVES DE AGUA Y
CORRECCION DE LA MISMA
Juan José Cevallos González
jcevallosg@est.ups.edu.ec
Universidad Politécnica Salesiana
Sede Cuenca
AbstractThe research objective is to obtain a prototype low-cost
monitoring system keys automated water, monitored and controlled
remotely from anywhere in the world where cell phone service. The
main tools used are: Xbee s2, electro valves and Android. Xbee is
responsible for system automation and Android facilitate interaction
with the user, showing the system data when there is a leak and
correct it, giving you the option to monitor and control the system
faucet by connecting you wireeles from 100m away, achieving
security and flexibility to the user.
Palabras claves: Xbee, Android, electroválvulas, llave de paso,
Moisture Sensor, código abierto, automatización.
I. OBJETIVOS
A. Objetivo General.
Reconocer si una llave dispensadora de agua situada en el
hogar está desperdiciando agua ya sea por un descuido o por
desgaste natural de la llave.
B. Objetivos Específicos.
Advertir al usuario que una de las llaves instaladas en el
hogar está desperdiciando agua
Controlar el problema de la llave, este puede ser de forma
manual o desde su teléfono inteligente.
II. INTRODUCCIÓN
El monitoreo de fugas de agua es esencial para evitar
pérdidas monetarias en el hogar, en las empresa o también en
una fábrica. Una vez captado el problema se procede a la
implantación de corrección de la fuga de una manera moda
y eficiente siempre y cuando se tenga acceso a ella.
La implementación de este equipo seria básicamente con
electroválvulas, módulos inalámbricos de largo alcance y por
supuesto una pantalla para obtención de los datos a realizar.
III. MARCO TEÓRICO
Electroválvula.
Es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el
paso de un fluido por un conducto o tubería. La válvula se
mueve mediante una bobina solenoide. Generalmente no
tiene más que dos posiciones: abierto y cerrado, o todo y
nada. Las electroválvulas se usan en multitud de aplicaciones
para controlar el flujo de todo tipo de fluidos. [1]
No se debe confundir la electroválvula con válvulas
motorizadas, en las que un motor acciona el mecanismo de
la válvula, y permiten otras posiciones intermedias entre todo
y nada. [1]
Electroválvulas sencillas
Las electroválvulas de tipo directo pueden ser cerradas en
reposo o normalmente cerradas lo cual quiere decir que
cuando falla la alimentación eléctrica quedan cerradas o bien
pueden ser del tipo abiertas en reposo o normalmente
abiertas que quedan abiertas cuando no hay alimentación. Es
decir, en el primer caso la válvula se mantiene cerrada por la
acción de un muelle y el solenoide la abre venciendo la
fuerza del muelle. Esto quiere decir que el solenoide debe
estar activado y consumiendo energía mientras la válvula
está abierta. Las normalmente abiertas, funcionan al revés.
Este tipo de válvulas se utilizan muy comúnmente en
lavadoras, lavaplatos, riegos y otros usos similares. [1]
Electroválvulas asistidas
Figura 1. Electroválvula asistida. [1]
A- Entrada
B- Diafragma
C- Cámara de presión
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D- Conducto de vaciado de presión
E- Solenoide
F- Salida.
En otro tipo de electroválvula el solenoide no controla la
válvula directamente sino que el solenoide controla una
válvula piloto secundaria y la energía para la actuación de la
válvula principal la suministra la presión del propio fluido.
[1]
El gráfico adjunto muestra el funcionamiento de este tipo
de válvula. En la parte superior vemos la válvula cerrada. El
agua bajo presión entra por A. B es un diafragma elástico y
tiene encima un muelle que le empuja hacia abajo con fuerza
débil. El diafragma tiene un diminuto orificio, de menos
diámetro que el del conducto D, en el centro que permite el
paso de un pequeño flujo de agua. Esto hace que el agua llene
la cavidad C y que su presión sea igual en ambos lados del
diafragma, pero un poco mayor en la parte superior, debido
al empuje del muelle, por lo que presiona hacia abajo
sellando la entrada. [1]
Mientras, el conducto D está cerrado por el núcleo del
solenoide E al que un muelle empuja hacia abajo. Si se activa
el solenoide, el núcleo sube y permite pasar el agua desde la
cavidad C hacia la salida; como el caudal que puede pasar
por D, al ser mayor su sección, es mayor que el que pasa por
el orificio del diafragma, disminuye la presión en C y el
diafragma se levanta permitiendo el paso directo de agua
desde la entrada A a la salida F de la válvula. Esta es la
situación representada en la parte inferior de la figura. [1]
Si se vuelve a desactivar el solenoide se vuelve a bloquear
el conducto D, se equilibran las presiones del agua en los dos
compartimentos y el muelle situado sobre el diafragma
necesita muy poca fuerza para que vuelva a bajar ya que la
fuerza principal la hace la presión del propio fluido en la
cavidad C. [1]
De esta explicación se deduce que este tipo de válvula
depende para su funcionamiento de que haya mayor presión
a la entrada que a la salida y que si se invierte esta situación
entonces la válvula abre sin que el solenoide pueda
controlarla. Por esta razón se emplean principalmente en
sistemas en que la salida (F) tiene salida directa a un lugar a
presión atmosférica. [1]
Módulo XBEE
Este es el módulo XBee XB24-Z7WIT004 de Digi. La
Serie 2 mejora en el protocolo de salida de energía y datos.
Los módulos de la Serie 2 le permiten crear redes de malla
complejos basados en el firmware de malla XBee ZB
ZigBee. Estos módulos permiten una comunicación muy
fiable y simple entre microcontroladores, ordenadores,
sistemas, realmente cualquier cosa con un puerto serie.
Soporta redes Punto a punto y multipunto.
Estos son esencialmente el mismo hardware que los
antiguos de la serie 2.5, pero han actualizado el firmware.
Trabajarán con módulos de la serie 2.5 si actualiza el
firmware a través de XCTU. [2]
Nota 1: Si usted está buscando una simple configuración
punto a punto, es posible que desee probar el Serie 1 en su
lugar. La Serie 2 requiere de una instalación y configuración
considerable. Recomendamos encarecidamente la
construcción Redes Inalámbricas de Sensores como guía
para la creación de redes de malla. [2]
Nota 2: los módulos de la Serie 1 y Serie 2 de XBee tienen
el mismo pin-out. Sin embargo, módulos de la Serie 1 no se
pueden comunicar con los módulos Serie 2.
Si está utilizando estos fuera de los Estados Unidos, póngase
en contacto con sus leyes locales con respecto a la
comunicación por radio. [2]
Nota 3: Debido a las recientes inundaciones en Tailandia y
el posterior daño a las fábricas de Digi, puede haber largos
plazos de entrega en todos los productos XBee y escasez
hasta que se recuperen de los daños. [2]
Figura 2. Módulo XBee S2 [2]
Características
3.3V @ 40mA
250kbps Max data rate
2mW output (+3dBm)
400ft (120m) range
Built-in antenna
Fully FCC certified
6 10-bit ADC input pins
8 digital IO pins
128-bit encryption
Local or over-air configuration
AT or API command set.
3
LLAVE DE PASO
Figura 3. Llave de paso. [3]
Una llave de paso o llave de corte, es un dispositivo,
generalmente de metal, alguna aleación o más recientemente
de polímeros o de materiales cerámicos, usado para dar paso
o cortar el flujo de agua u otro fluido por una tubería o
conducción en la que está inserto.
También se suele llamar válvulas a estas llaves, puesto que
algunas de ellas, además de servir para cortar el paso, tenían
la función de evitar que el agua circule en la dirección
contraria a la deseada (reflujo), es decir, que además
eran válvulas en la acepción primitiva del término. [3]
TIPOS DE LLAVES:
Llave de asiento
La llave de asiento es el tipo más antiguo de llave. Tiene
un vástago roscado que gira sobre su eje al accionar la llave
y asienta un cierre sobre el paso del agua. Este modelo es
precisamente el que servía como válvula también, pues el
cierre o soleta estaba libre (con una espiga alojada en un
hueco del vástago de apriete), y volvía a su asiento cuando el
agua tomaba el sentido contrario al debido, funcionando
como una válvula de retención de pistón. Por el ruido que
producían se dejaron de usar y la soleta se fijó al vástago de
apriete. [3]
La importancia de este tipo es que funciona mejor para
regular caudales en tuberías donde se requiera este uso (por
ejemplo, en circuitos de calefacción, para el equilibrado
hidráulico), porque permite una ajuste más afinado, ya que el
cierre requiere más de una vuelta de la maneta. Todavía es
mejor su variante, la llave de aguja, en la que el asiento de
cierre tiene forma de cono en vez de ser plano. [3]
Llave de macho o de bola
Artículo principal: Válvula de bola
Con un macho troncocónico o una esfera con un orificio
que permite el paso del fluido cuando está alineado con el eje
de la conducción. Hay una variante, la llave de escuadra, con
apertura y cierre de cuarto de vuelta. Se utilizan
habitualmente junto a cada punto de agua del hogar, antes del
grifo, así en caso de avería de éste en algún aparato no es
preciso dejar sin agua al resto del cuarto húmedo o la casa
completo. [3]
Llave de discos cerámicos.
Artículo principal: Llave de discos cerámicos
Unos discos cerámicos tienen una serie de orificios que
dejan pasar el fluido cuando los de uno y otro coinciden.
Normalmente cierran a cuarto de vuelta (un giro de 90º). [3]
Llave de compuerta
Artículo principal: Válvula de compuerta
Llave de mariposa
Artículo principal: Válvula tipo mariposa
Un disco gira sobre un eje obturando la sección de paso del
conducto cuando el disco está perpendicular al eje de éste y
dejando paso libre cuando está paralelo. Se usan en grandes
diámetros. [3]
Llaves temporizadas
Son llaves semiautomáticas, que se abren con una
pulsación del usuario y cierran al cabo de cierto tiempo tras
dejar pasar un caudal determinado. Existen para caudales
pequeños (urinarios, grifos de lavabo) y para caudales
grandes (inodoros) y en este caso se
llaman fluxómetros o fluxores. [3]
ANDROID
Android es un sistema operativo basado en el núcleo
Linux. Fue diseñado principalmente para dispositivos
móviles con pantalla táctil, como teléfonos
inteligentes o tablets; y también para relojes inteligentes,
televisores y automóviles. Inicialmente fue desarrollado
por Android Inc., empresa que Google respaldó
económicamente y más tarde, en 2005, compró. Android fue
presentado en 2007 junto la fundación del Open Handset
Alliance (un consorcio de compañías
de hardware, software y telecomunicaciones) para avanzar
en los estándares abiertos de los dispositivos móviles. El
primer vil con el sistema operativo Android fue el HTC
Dream y se vendió en octubre de 2008. Los dispositivos de
Android venden más que las ventas combinadas de Windows
Phone y IOS. [4]
El éxito del sistema operativo se ha convertido en objeto de
litigios sobre patentes en el marco de las llamadas «Guerras
por patentes de teléfonos inteligentes» (en
inglés, Smartphone patent wars) entre las empresas de
tecnología. Según documentos secretos filtrados en 2013 y
2014, el sistema operativo es uno de los objetivos de
las agencias de inteligencia internacionales. [4]
La versión básica de Android es conocida como Android
Open Source Project (AOSP).
El 25 de junio de 2014 en la Conferencia de
Desarrolladores Google I/O, Google mostró una evolución
de la marca Android, con el fin de unificar tanto
el hardware como el software y ampliar mercados. Para ello
mostraron nuevos productos como Android TV, Android
Auto, Android Wear o una serie de smartphones de baja
gama bajo el nombre de Android One. Esto sirvió para
estabilizar la imagen de la marca de cara a los mercados y al
público. [4]
4
Figura 4. Sistema Operativo Android móvil. [4]
IV. LISTA DE MATERIALES, EQUIPOS Y
HERRAMIENTAS A USAR.
COMPONENTE
DESCRIPCION
PRECIO
SENSOR
INFRARROJO
DETECTA EL
PROBLEMA
2.50$
PIC XXX
TRATAMIENTO
DE Señales
12$
XBEE S2
Wireeles
TRANSMISION
DE DATSO
INALAMBRICOS
LARGO
ALCANCE
130$
Electroválvulas
CORRECION
DEL PROBLEMA
20$
PHONE
VISUALIZADOR
200
Protoboard
Montaje del
proyecto
30
TOTAL
404.50$
V. PROCEDIMIENTO
PROBLEMATICA
El problema que se plantea es el siguiente:
Por lo general una casa posee 6 o 7 grifos de agua
controlados por lo general por la persona más cercana a la
ubicación de ellos, es por eso que cuando se sale de apuro de
la casa una de estas no es controlada y se desperdicia agua,
afectando así a la economía en el hogar y al medio ambiente.
SOLUCION A LA PROBLEMATICA
La solución que planteamos es la siguiente:
Si estuviéramos en la tarea de regular la cantidad de agua
utilizada podemos, monitorear el consumo de cada uno de
estos grifos mediante el teléfono y si encontramos el
problema podemos controlarlo a través de un dispositivo
móvil. Smarth Phone y con un solo clic cerrar el grifo en el
caso que no esté cerrado y así podemos continuar en la
actividad que se encuentra realizando ya sea en el trabajo o
en camino hacia el mismo.
Entonces podemos controlar el consumo de agua desde la
comodidad del hogar y evitar una factura de agua excesiva
sin haberla consumido voluntad propia. Mejorando así su
economía y equilibrando el medio ambiente.
PROPUESTA DE LA SOLUCION
El sistema que proponemos es el siguiente:
1. Detectar a través de un sensor infrarrojo la posición de
la llave.
2. Adquirir la señal a través de un PIC.
3. Realizar una conexión a un XBEE para procesar los
datos.
4. Transmitir la señal recogida
5. Realizar la adquisición de datos en un teléfono
inteligente
6. Realizar una acción.
7. Controlar la posición del grifo mediante un servo
motor o una bomba de agua.
8. Atender manualmente el problema.
ESQUEMA DE DESARROLLO
Figura 5. Esquema de procedimiento del proyecto [5]
VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Al finalizar el trabajo pudimos darnos cuenta que la
conexión xbee no era compatible con el android 4.1, más
bien tuvimos que bajar al android 2.3.6 gingerbread ya que
de esa forma se facilitó la comunicación inalámbrica entre el
pic y el módulo xbee.
5
Fue muy importante la configuración de las
electroválvulas, ya que existían pequeñas fugas al momento
de realizar el cerrado de la llave.
Se debe tener en cuenta que los módulos deben estar con
un voltaje no mayor a 3.3v para así evitar que hayan daños
en el mismo y no estropear el trabajo de control de válvulas.
Finalmente obtuvimos un proyecto beneficioso para el
hogar y con el tiempo poder implementar como una Smarth
Green en la sociedad.
VII. BIBLIOGRAFIA
[1] Electroválvula, documento en línea disponible en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Electrov%C3%A1lvula
[2] XBee, Documento en línea, disponible en:
http://www.olimex.cl/tutorials.php?page=tut_xbee
[3] Llave de paso, documento en línea disponible en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Llave_de_paso
[4] Puente H, documento en línea disponible en:
http://electrocirc.blogspot.com/2012/03/puente-h-para-motores-
corriente.html
[5] Sistema Operativo Android, documento en línea,
http://es.wikipedia.org/wiki/Android

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Cevallos González Juan José. (2015, julio 8). Domótica aplicada al monitoreo de llaves de Agua. Recuperado de http://www.gestiopolis.com/domotica-aplicada-al-monitoreo-de-llaves-de-agua/
Cevallos González, Juan José. "Domótica aplicada al monitoreo de llaves de Agua". GestioPolis. 8 julio 2015. Web. <http://www.gestiopolis.com/domotica-aplicada-al-monitoreo-de-llaves-de-agua/>.
Cevallos González, Juan José. "Domótica aplicada al monitoreo de llaves de Agua". GestioPolis. julio 8, 2015. Consultado el 3 de Diciembre de 2016. http://www.gestiopolis.com/domotica-aplicada-al-monitoreo-de-llaves-de-agua/.
Cevallos González, Juan José. Domótica aplicada al monitoreo de llaves de Agua [en línea]. <http://www.gestiopolis.com/domotica-aplicada-al-monitoreo-de-llaves-de-agua/> [Citado el 3 de Diciembre de 2016].
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