CONTINGENT FEES I FURTHER AFFIRM THAT:

Elkin Fabián Prada Garavito 15_[autor]

Miguel Ángel Corzo Ortiz 15_[autor]

Yacer Gonzalo Ayala Contreras 15_[autor]

Ricardo Andrés Díaz Suárez 15_[autor]

Resumen

Las variables medioambientales son de vital importancia ya que nos permiten predecir y conocer el comportamiento de los diferentes cambios climáticos para así poder anticiparnos y estimar los efectos negativos presentes en algunos entornos agroindustriales.

En este documento se plantea un proyecto de diseño e implementación de un sistema de monitoreo remoto de bajo costo el cual está conformado por una estación meteorológica autónoma; con el fin de realizar mediciones de variables medioambientales como: presión barométrica, velocidad del viento, humedad relativa, temperatura, anemómetro, colector de agua, ruido ambiental; y de esta forma poder mantener un seguimiento de los datos los cuales están almacenados en una base de datos alojada en un servidor remoto el cual se puede acceder desde un aplicativo web en cualquier momento con el propósito de analizarlos.

Para el desarrollo de este proyecto se subdividirá este en tres fases principales: La primera es una fase de investigación (Estado del arte) en el cual se documentara las tecnologías y proyectos similares desarrollados en esta área; la segunda fase está conformada por diseño e implementación del prototipo de estación meteorológica la cual estará equipada con los diferentes sensores medioambientales, fuentes fotovoltaicas y su respectivo transmisor inalámbrico; como última fase está el diseño de la base de datos para almacenar los valores monitoreados y el entrono web para lograr visualizar de forma remota.

Introducción

El origen del proyecto en desarrollo se concibe desde la necesidad de presentar una solución tecnológica de medición de variables ambientales de bajo costo que provea a la agroindustria de las herramientas suficientes para optimizar la siembra de cultivos y además permita realizar evaluaciones remotas para detectar agentes contaminantes que afectan la producción. A raíz de esto el semillero de investigación REDSI empieza a trabajar sobre las distintas tecnologías que permitan desarrollar la estación meteorológica de bajo costo teniendo en cuenta las variables ambientales a trabajar y

15 _{Programa de Ingeniería de Telecomunicaciones, Semillero de Investigación REDSI, Universidad Santo Tomás, Bucaramanga.} Correo electrónico: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

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las diferentes alternativas de comunicación que se puedan emplear para así poder observar los resultados desde cualquier lugar en forma remota.

Marco Teórico y Estado del Arte

Las estaciones meteorológicas son estructuras equipadas con diferentes instrumentos que nos permiten realizar pronósticos meteorológicos a partir de modelos matemáticos desarrollados por los comportamientos de variables ambientales. Las estaciones meteorológicas se dividen en dos grupos, principales que examinan lluvia, temperatura del aire, temperatura del ambiente, humedad, cantidad de nubes, y fenómenos especiales y las estaciones ordinarias que contiene menor cantidad de instrumentos de medición pero contienen los más esenciales como temperatura, humedad y pluviosidad. (Francisco, 2008).

Un elemento típico de una estación son los sensores de la temperatura ambiente: Son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en señales eléctricas las cuales son procesadas previamente por un equipo eléctrico o electrónico. Los sensores de temperatura o termistores se basan en la variación de la resistividad de un semiconductor con respecto a la temperatura. (Luís Hernández, 2015).

Otro equipo que hace parte de la estación es el anemómetro. Es un dispositivo meteorológico que sirve para medir la velocidad del viento, y está constituido por un pequeño molino de tres aspas sobre las cuales efectúa la fuerza del viento.

El anemómetro tiene gran cantidad de aplicaciones como en la agricultura nos permite saber en qué momento se puede realizar riego por aspersión; en la aviación la planeación de los vuelos en globos, planeadores, parapentes, paracaídas entre otras aplicaciones aéreas; en ingeniería civil para seguridad de obras de gran altura como grúas; en extinciones de incendios para saber cómo se propagara el fuego. (Mejía, 2013).

Los higrómetros son dispositivos que sirven para valorar el estado de humedad del ambiente. Existen dos tipos de higrómetro el de adsorción y el eléctrico.

En el proyecto se seleccionó un higrómetro electrónico el cual está conformado por dos electrodos enrollados en forma de espiral, que al aplicarle una tensión a estos provoca que el tejido se caliente, evaporando parte de agua contenida por el mismo a una temperatura definida; y al establecerse el estado de equilibrio el equipo determina el grado de humedad presente en el ambiente. (México, 2015).

Los barómetros son instrumentos que nos permiten conocer la presión atmosférica encontramos gran variedad de clases de barómetros que varían en forma tamaño y precisión para el proyecto se utilizara uno electrónico que nos que da los valores de forma digital y son mucho más exactos. (Osés, 2006).

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Los sonómetros son instrumentos diseñados para medir los niveles de presión acústica en los distintos ambientes. (SunFields, 2015).

Sistema fotovoltáico autónomo (SFA)

La estación meteorológica a diseñar, tendrá una fuente de alimentación de energía solar que se implementará con un sistema fotovoltáico.

Un sistema fotovoltáico está compuesto por un grupo de células fotoeléctricas diseñadas para usar la radiación solar, que son los encargados de convertir la energía solar (fotones) en energía eléctrica (electrones), mediante un dispositivo llamado “célula solar o una célula fotoeléctrica”, con la ayuda de un fenómeno físico llamado efecto fotovoltaico el cual una partículas llamadas fotones que transportan la energía solar, chocan contra un metal el cual contiene electrones; de esta forma los átomos son arrancados y se produce un movimiento de las cargas eléctricas que provee un corriente electrónica. (Energía solar fotovoltáica, 2015).

Estos sistemas se caracterizan por ser independientes a la red eléctrica, y estos están compuestos por diferentes subsistemas para la generación, regulación, acumulación y adaptación de la corriente. (Universidad Politécnica de Madrid, Politécnica, FECYT, 2015). Un elemento importantísimo en el sistema de energía solar es el banco de baterías de DC, que se encarga de acumular la energía eléctrica obtenida de la luz solar, la cual es recibida durante las horas de luminosidad. Esta energía se recolecta en la batería con la finalidad de utilizarla en las horas de poca o nula luminosidad.

El banco de baterías trabaja en conjunto con un sistema fotovoltaico, en las horas de la noche el banco de baterías es el encargado de entregar la energía. Durante el día los módulos fotovoltaicos son los encargados de generar y entregar la energía, pero si se tiene el caso en que la corriente que se entrega es menor a la necesaria el banco de baterías actúa y provee un aporte para superar este inconveniente. (educalab, 2015).

Metodología Empleada

Como objetivo se planteó diseñar un sistema electrónico capaz de realizar la recolección y transmisión de valores captados en una estación meteorológica remota. El proyecto consta del desarrollo de un hardware que contenga circuitos de captación, acondicionamiento de los sensores, comunicación vía GSM, unidad central de procesamiento y fuente de alimentación fotovoltáico. El software a implementar en la estación realiza la gestión de los usuarios, indicando los niveles de batería, sensores y comunicaciones.

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Para realizar la comunicación inalámbrica se requiere un sistema GSM previamente instaladas por las compañías de telecomunicaciones, con el fin de conseguir una total movilidad, así si el dispositivo se desea cambiar de ubicación no se tenga que implementar nuevos métodos de transmisión, al contar con un sistema como este se dispone de forma fácil al usuario él envió de sms como peticiones para conocer parámetros de la estación y establecer alarmas en los parámetros deseados. (Diz J., García J. F., Darriba J., Rodríguez S, 2006).

La medición de los valores que adquieren en el tiempo algunas señales meteorológicas se ejecutó utilizando una serie de sensores electrónicos conectados a un sistema de adquisición de datos, implementado con microcontroladores de la empresa Microchip, los cuales se encargan de procesar y enviar los datos capturados por los sensores climatológicos hacia un computador de forma inalámbrica, donde se cuenta con una interfaz gráfica la cual presenta los datos a los usuarios en tiempo real, y tiene la capacidad de almacenar dichos valores con el apoyo de la creación de una base de datos designada para la recopilación de datos.

Para el sostenimiento energético de la estación, se desarrolló una fuente de alimentación fotovoltaica capaz de alimentar los circuitos durante 4 horas en ausencia de la energía solar (Fernando A. Montealegre L. Profesor asociado. Universidad Nacional - Sede Palmira, 2015).

La aplicación desarrollada para el monitoreo de las variables meteorológicas cuenta con un servidor y un aplicativo web. Este sistema fue desarrollado por profesores y alumnos con énfasis en electrónica, es una alternativa tecnológica de bajo costo y que se puede replicar bajo la figura de red a mediano plazo, para la accesibilidad de datos sensados. (La prevención del ruido en la empresa, 1999).

Resultados y Conclusiones

Como base del proyecto se desarrolló un conjunto de prototipos (Fig. 1) los cuales permiten registrar y visualizar en una interfaz web (Fig. 2) los datos adquiridos de temperatura, monóxido y metano de forma remota.

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Figura 2. Interfaz Web. La imagen fue elaborada por los autores.

Se espera unificar las mediciones de las distintas variables en una central autónoma (Fig. 3) y que estos datos sean transmitidos a través de un módulo GPRS hacia un servidor web.

Figura 3. Central Autónoma. La imagen fue elaborada por los autores.

Referencias

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http://solaina.es/drupal/files/233_11_CIES2008_cas_cor.pdf educalab. (2015). Obtenido de recursostic.

Energiasolarfotovoltaic. (2015). Obtenido de blogspot:

http://energiasolarfotovoltaica.blogspot.com/2006/01/la-bateria_29.html

Montealegre L., Fernando (2015). Universidad Nacional de Colombia. Obtenido de sede Palmira: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000134/contenido/cap3/lec1.htm Francisco, J. L. (2008). Universidad Politecnica de Catalunya. Obtenido de

https://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/6137/1/memoria.pdf infoAgro. (2015). Obtenido de

http://www.infoagro.com/instrumentos_medida/doc_anemometro_velocidad_viento.asp?k= 80

La prevención del ruido en la empresa. (1999). En P. M. Floría, 2.SONOMETRO (pág. 163). Fundación Confemetal.

ernández, Luis (2015). cubasola . Obtenido de Facultad de Física-IMRE. Universidad de La Habana: http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Energia/Energia38/HTML/articulo02.htm

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Mejia, C. A. (2013). Instituto Politécnico Nacional. Obtenido de Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica:

http://itzamna.bnct.ipn.mx/dspace/bitstream/123456789/12211/1/sistemautomatico.pdf México, E.-t. d. (2015). Esco-tel . Obtenido de http://www.esco-tel.com/paneles_solares.html Osés, F. X. (2006). 9.2 La medida de la presion. El barometro. En F. X. Osés, Meteorología aplicada a

la navegación (págs. 102-103). Catalunya: Ediciones UPC.

SunFields, E. (2015). SunFields. Obtenido de http://www.sfe-solar.com/%C2%BFque-es-un-sistema- fotovoltaico-autonomo-de-que-consta-y-como-se-dimensiona-1685/

Universidad Politecnica de Madrid, Politécnica, FECYT. (15 de Abril de 2015). ingeniatic. Obtenido de http://ingeniatic.euitt.upm.es/index.php/tecnologias/item/588-sensores-de-temperatura- rtd

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