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I
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO ESCALABLE CON
INFRAESTRUCTURA IOT PARA LA MEDICIÓN Y VISUALIZACIÓN DE LA
CALIDAD DEL AIRE USANDO TECNOLOGÍA OPEN SOURCE PARA EL
EDIFICIO DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES.
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTORES:
JOSELYNE ADRIANA PADILLA HERRERA.
JOHAN ALEJANDRO LEÓN HEREDIA.
TUTOR:
ING. WILLIAM RODRÍGUEZ LÓPEZ Mgs.
II
GUAYAQUIL – ECUADOR 2020
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGIA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TITULO: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO ESCALABLE CON
INFRAESTRUCTURA IOT PARA LA MEDICIÓN Y VISUALIZACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE USANDO LA TECNOLOGÍA OPEN SOURCE PARA EL EDIFICIO DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES.
REVISORES:
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas.
CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
FECHA DE PUBLICACIÓN: N° DE PAGS:
AREA TEMÁTICA: Tecnologías de la información y telecomunicaciones.
PALABRA CLAVES: Arduino, Sensores, Tarjetas, IoT
RESUMEN: Según la Norma Ecuatoriana de la Calidad del Aire, la contaminación se mide bajo parámetros de concentración en mg/m3, a mayor concentración afecta a la salud de las personas en las diferentes áreas de estudio en el edificio de la carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones.
Este proyecto permite realizar una medición de la calidad del aire basado en sensores y diferentes componentes permitiendo el control de la calidad del aire y permita a las autoridades tomar medidas de prevención donde los niveles de contaminación sean muy altos ya que realizan sus actividades en diferentes horarios en este centro pedagógico.
Para el desarrollo se usó la metodología de investigación cuantitativa con la recopilación y el análisis de la información captada. Con los datos obtenidos, se realiza un aporte para futuros proyectos con este tipo de tecnología, optimizando el desarrollo del sistema con el uso de mejores plataformas para la captación de nuevos datos y presentación de la información.
N° DE REGISTRO: N° DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL:
ADJUNTO PDF: SI X NO
CONTACTO CON AUTOR: Teléfono:
0982868024
E- mail:
Teléfono:
0982290698
E- mail:
CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN: Nombre: Ing. William Rodríguez López MSg.
Teléfono: 0987795179
III
APROBACION DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación, “Diseño e implementación de
un prototipo escalable con infraestructura IOT para la medición y visualización
de la calidad del aire usando tecnología Open Source para el edificio de la
carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones”. Elaborado por el Sr.
Johan Alejandro León Heredia y la Srta. Joselyne Adriana Padilla Herrera.
Alumnos de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones,
Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil,
previo a la obtención del Título de Ingeniero en Networking y
Telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber orientado,
estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus partes.
Atentamente,
Ing. William Rodríguez López Msg.
TUTOR
IV
DEDICATORIA
Dedicamos este proyecto de titulación a nuestros padres, amigos y familiares quienes han sido motivo de inspiración para concluir con este proyecto y a cada uno de los docentes que han aportado con la realización del mismo.
V
AGRADECIMIENTO
Deseamos realizar un enorme agradecimiento a Dios por permitirnos seguir adelante a pesar de las adversidades, a nuestros padres por brindar apoyo incondicional y soporte durante toda nuestra carrera universitaria y cada una de las personas que en el transcurso aportaron con un grano de arena motivacional para seguir adelante en estos años de preparación profesional.
VI
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN
Ing. Fausto Cabrera Montes, M.Sc. DECANO DE LA FACULTAD CIENCIAS MATEMATICAS Y
FISICAS
Ing. Abel Alarcón Salvatierra, Mgs DIRECTOR DE LA CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING
Y TELECOMUNICACIONES
Ing. Fabián Espinoza Bazán Msg. REVISOR DE PROYECTO
TRIBUNAL
Ing. Miguel Molina Villacís Msg.
PROFESOR DEL ÁREA TRIBUNAL
Ing. William Rodríguez López Msg.
TUTOR DEL PROYECTO DE TITULACION
Ab. Juan Chávez Atocha, Esp. SECRETARIO (E) DE LA FACULTAD
VII
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este Proyecto de Titulación, me corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”
Autores:
Joselyne Adriana Padilla Herrera.
Johan Alejandro León Heredia.
VIII
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO ESCALABLE CON INFRAESTRUCTURA IOT PARA LA MEDICIÓN Y VISUALIZACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE USANDO TECNOLOGÍA OPEN SOURCE PARA EL
EDIFICIO DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES.
Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título
de INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Autores:
Johan Alejandro León Heredia. C.I. 0930294780. Joselyne Adriana Padilla Herrera. C.I. 0951270446.
Tutor: Ing. William Rodríguez López MSg.
Guayaquil, 21 de Octubre de 2020
IX
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por los/las estudiantes: Johan Alejandro León Heredia y Joselyne Adriana Padilla Herrera, como requisito previo para optar por el título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones cuyo título es: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO ESCALABLE CON INFRAESTRUCTURA IOT PARA LA MEDICIÓN Y VISUALIZACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE USANDO TECNOLOGÍA OPEN SOURCE PARA EL EDIFICIO DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES. Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
LEON HEREDIA JOHAN ALEJANDRO. Cédula de ciudadanía N° 0930294780. PADILLA HERRERA JOSELYNE ADRIANA. Cédula de ciudadanía N° 0951270446.
Tutor: Ing. WILLIAM RODRÍGUEZ LÓPEZ MSg.
Guayaquil, 21 de Octubre de 2020.
X
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital
1. Identificación del Proyecto de Titulación
Nombre Alumno: León Heredia Johan Alejandro
Dirección: Av. Barcelona Cdla. Bellavista 4etapa Mz. 66 V. 3A
Teléfono: 0982868024 E-mail: [email protected]
Nombre Alumno: Padilla Herrera Joselyne Adriana
Dirección: Asisclo Garay entre Ayacucho y Pedro Pablo Gómez
Teléfono: 0982290698 E-mail: [email protected]
Facultad: Ciencias Matemáticas y Física.
Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones.
Proyecto de titulación al que opta: Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones.
Profesor guía: Ing. Miguel Molina MSg.
Título del Proyecto de titulación: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO ESCALABLE CON INFRAESTRUCTURA IOT PARA LA MEDICIÓN Y VISUALIZACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE USANDO TECNOLOGÍA OPEN SOURCE PARA EL EDIFICIO DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES.
XI
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de Titulación A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de este Proyecto de titulación. Publicación electrónica:
Inmediata X Después de 1 año
Firma Alumno: Firma Alumno:
3. Forma de envío: El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.
DVDROM CDROM
XII
INDICE GENERAL
.................................................................................................................................. I
DEDICATORIA .............................................................................. IV
AGRADECIMIENTO ....................................................................... V
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR ........................... IX
INDICE GENERAL ........................................................................ XII
ÍNDICE DE GRÁFICOS.............................................................. XVIII
ÍNDICE DE CUADROS ................................................................ XIX
Resumen ......................................................................................XX
Abstract ....................................................................................... XXI
INTRODUCCIÓN ............................................................................. 1
CAPÍTULO I .................................................................................... 3
EL PROBLEMA. ............................................................................. 3
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ........................................... 3
Ubicación del problema en un contexto. ................................................................... 3
Situación conflicto nudos críticos. ............................................................................. 4
Causas y consecuencias del problema. .................................................................... 5
Delimitación del problema. ........................................................................................ 5
Formulación del problema. ........................................................................................ 6
Evaluación del problema. .......................................................................................... 6
Objetivos. .................................................................................................................. 7
Objetivo general. ................................................................................................... 7
Objetivos específicos. ........................................................................................... 7
Alcance del problema................................................................................................ 8
Justificación e importancia. ....................................................................................... 8
Metodología del proyecto. ......................................................................................... 9
XIII
CAPÍTULO II ................................................................................. 11
MARCO TEÓRICO. ....................................................................... 11
Antecedentes del estudio. ....................................................................................... 11
Fundamentación teórica. ......................................................................................... 12
Tipos de gases. ................................................................................................... 12
Características de los componentes en los gases tóxicos: .................................. 12
Componentes a medir: .................................................................................... 13
Infraestructura de la red .......................................................................................... 14
Red LPWAN (Red de Área Amplia de Baja Potencia) ......................................... 14
Wireless Sensor Network .................................................................................... 15
Internet de las cosas (IoT): .................................................................................. 15
Node-Red:........................................................................................................... 15
Arduino Cloud: .................................................................................................... 16
Thingspeak: ........................................................................................................ 16
Cayenne: ............................................................................................................ 17
Thinger.IO: .......................................................................................................... 17
Tecnologías LPWAN: .......................................................................................... 17
Tecnología LoRa (largo alcance) ........................................................................ 18
Tecnología SigFox. ............................................................................................. 19
Tecnología NB-IOT. ............................................................................................ 19
Componentes para la red: ................................................................................... 20
Equipo principal: Módulo ESP8266 WIFI ......................................................... 21
Equipos secundarios: ...................................................................................... 23
Tarjeta fuente de alimentación. ....................................................................... 23
Sensores: ........................................................................................................ 24
MQ-2: Metano, butano y humo. ....................................................................... 24
MQ-7: Monóxido de carbono. .......................................................................... 25
MQ-5: Gas natural. .......................................................................................... 26
MQ-135: Calidad del aire, alcohol, humo y benceno. ...................................... 27
MQ- 131: Ozono. ............................................................................................. 28
Tipo de red: ..................................................................................................... 29
Fundamentación legal. ............................................................................................ 30
Norma de calidad del aire: .................................................................................. 32
XIV
Pregunta científica a contestarse ............................................................................ 33
Definiciones conceptuales ...................................................................................... 33
CAPÍTULO III ................................................................................ 36
PROPUESTA TECNOLÓGICA ..................................................... 36
Análisis de factibilidad ............................................................................................. 36
Factibilidad Operacional ...................................................................................... 37
Factibilidad técnica .............................................................................................. 38
Hardware: ....................................................................................................... 38
Tarjeta Arduino R3 ...................................................................................... 38
Sensores MQ .............................................................................................. 38
Software: ......................................................................................................... 39
Factibilidad Legal ................................................................................................ 40
Norma de Calidad: .......................................................................................... 40
Leyes ambientales nacionales: ....................................................................... 40
Factibilidad Económica ....................................................................................... 41
Etapas de la metodología del proyecto. .................................................................. 42
Metodología PPDIOO: ........................................................................................ 42
Preparación: .................................................................................................... 42
Planificación: ................................................................................................... 43
Diseño: ............................................................................................................ 43
Implementación: .................................................................................................. 45
Operación: .......................................................................................................... 56
Optimización: ...................................................................................................... 58
Entregables del proyecto. ....................................................................................... 58
Criterios de validación de la propuesta. .................................................................. 58
Pruebas de diseño: ............................................................................................. 59
Análisis: .............................................................................................................. 60
Procesamiento y análisis. ....................................................................................... 64
Encuestas: .......................................................................................................... 64
Resultados de encuesta realizada: .................................................................. 64
CAPÍTULO IV ................................................................................ 72
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DEL PRODUCTO O SERVICIO .. 72
XV
Criterios de diseño: ................................................................................................. 72
Conclusiones. ......................................................................................................... 73
Recomendaciones. ................................................................................................. 74
Bibliografía. ............................................................................................................. 75
Anexos. ................................................................................................................... 78
Anexo 1. .............................................................................................................. 78
Encuesta. ........................................................................................................ 78
Anexo 2. .............................................................................................................. 81
Conexiones de los equipos ............................................................................. 81
Anexo 3. .............................................................................................................. 82
Prototipo para instalación ................................................................................ 82
Anexo 4. ................................................................................................................. 83
Prototipo instalado en lugar estratégico de Aula 102 ....................................... 83
Anexo 5. ................................................................................................................. 84
Prototipo instalado en lugar estratégico de Aula 105 ....................................... 84
Anexo 6. ................................................................................................................. 85
Lecturas del sensor MQ-2 mediante Arduino. .................................................. 85
Anexo 7. ................................................................................................................. 86
Lecturas del sensor MQ-135 mediante Arduino. .............................................. 86
Anexo 8. ................................................................................................................. 87
Visualización de monitoreo desde plataforma Cayenne Sensor MQ-135. ....... 87
Anexo 9. ................................................................................................................. 88
Visualización de monitoreo desde plataforma Cayenne Sensor MQ-2. ........... 88
Anexo 10................................................................................................................. 89
Base de datos con reporte de monitoreo por fecha y hora almacenada por Cayenne. ......................................................................................................... 89
Anexo 11................................................................................................................. 90
Archivo de Excel con reporte de monitoreo descargado desde Cayenne. ....... 90
XVI
ABREVIATURAS ABP Aprendizaje Basado en Problemas UG Universidad de Guayaquil FTP Archivos de Transferencia g.l. Grados de Libertad HTML Lenguaje de Marca de salida de Hyper Texto Http Protocolo de transferencia de Hyper Texto Ing. Ingeniero IoT Internet of Things CC.MM.FF Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas ISP Proveedor de Servicio de Internet Mtra. Maestra Msc. Master MSg. Magister TTN The Things Network URL Localizador de Fuente Uniforme WWW World Wide Web (red mundial)
XVII
SIMBOLOGÍA
S Desviación estándar e Error E Espacio muestral E(Y) Esperanza matemática de la v.a. y s Estimador de la desviación estándar e Exponencial
XVIII
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1. Arquitectura de LoRaWAN ............................................................... 18 Gráfico 2. Comparación de tecnologías LPWAN .............................................. 20 Gráfico 3. Módulo ESP8266 WIFI .................................................................... 21 Gráfico 4. Arquitectura de Módulo ESP8266 .................................................... 22 Gráfico 5. Arduino UNO ................................................................................... 23
Gráfico 6. Sensor MQ-2 ................................................................................... 25 Gráfico 7. Sensor MQ- 7................................................................................... 26 Gráfico 8. Sensor MQ-5 ................................................................................... 27
Gráfico 9. Sensor MQ-135................................................................................ 28 Gráfico 10. Sensor MQ-131.............................................................................. 29 Gráfico 11. Diagrama de red basado en módulo ESP8266 WIFI ..................... 44 Gráfico 12. Prueba de medición en aula 1 ....................................................... 46
Gráfico 13. Prueba de medición en aula 2 ....................................................... 47 Gráfico 14. Diagrama Protoboard ..................................................................... 48 Gráfico 15. Diagrama esquemático .................................................................. 48 Gráfico 16. Diagrama PCB ............................................................................... 49
Gráfico 17. Código fuente de sensor MQ-2 ...................................................... 50 Gráfico 18. Código fuente de sensor MQ-2 ...................................................... 51
Gráfico 19. Código fuente de sensor MQ-135 .................................................. 52 Gráfico 20. Código fuente de sensor MQ-135 .................................................. 53 Gráfico 21. Pruebas con ESP8266 ................................................................... 54
Gráfico 22. Tarjetas y sensores montados en caja .......................................... 55 Gráfico 23. Adaptación del sensor en prueba de aula ...................................... 56
Gráfico 24. Datos obtenidos en monitoreo con sensor MQ-135 ....................... 57 Gráfico 25. Lugares de medición ...................................................................... 59
Gráfico 26. Pregunta 1 ..................................................................................... 64 Gráfico 27. Pregunta 2 ..................................................................................... 65 Gráfico 28. Pregunta 3 ..................................................................................... 66 Gráfico 29. Pregunta 4 ..................................................................................... 67
Gráfico 30. Pregunta 5 ..................................................................................... 68 Gráfico 31. Pregunta 6 ..................................................................................... 69 Gráfico 32. Pregunta 7 ..................................................................................... 70 Gráfico 33. Pregunta 8 ..................................................................................... 71
XIX
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro N. 1 Causas y consecuencias del problema. ........................................ 5 Cuadro N. 2 Norma de calidad del aire ........................................................... 32 Cuadro N. 3 Lista de equipos adquiridos. ....................................................... 41 Cuadro N. 4 Datos de medición por pruebas. ................................................. 60 Cuadro N. 5 Estado de contaminación en Pruebas. ........................................ 61
Cuadro N. 6 Estado de contaminación en Monitoreo de Sensor MQ-2. .......... 62 Cuadro N. 7 Estado de contaminación en Monitoreo de Sensor MQ-135. ...... 63
Cuadro N. 8 Criterios de diseño. ..................................................................... 72
XX
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO ESCALABLE CON
INFRAESTRUCTURA IOT PARA LA MEDICIÓN Y VISUALIZACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE USANDO TECNOLOGÍA OPEN SOURCE PARA EL
EDIFICIO DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES.
Resumen
Según la Norma Ecuatoriana de la Calidad del Aire se mide el nivel de contaminación bajo parámetros de concentración en mg/m3, que en una mayor concentración afecta la salud de las personas que permanecen en las diferentes áreas de estudio en el edificio de la carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones.
Por lo tanto, se debe de considerar la salud de los estudiantes, maestros y personas que realizan sus actividades diarias por varias horas en este centro pedagógico. Gracias a la tecnología y al uso de diferentes componentes que permiten realizar una medición de la calidad del aire basado en sensores, se puede implementar un control de la calidad y permita a las autoridades tomar medidas de precaución en caso de que los niveles de contaminación aumenten y perjudiquen la salud de las personas que conforman la facultad. Para el desarrollo se usó la metodología de investigación cuantitativa con la recopilación y el análisis de la información captada. Con los datos obtenidos, se realiza un aporte para futuros proyectos con este tipo de tecnología, optimizando el desarrollo del sistema con el uso de mejores plataformas para la captación de nuevos datos y presentación de la información.
Autores: Joselyne Adriana Padilla Herrera. Johan Alejandro León Heredia. Tutor: Ing. William Rodríguez López MSg.
XXI
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A SCALABLE PROTOTYPE WITH IOT INFRAESTRUCTURE FOR THE MEASUREMENT AND VISUALIZATION OF AIR QYALITY USING OPEN SOURCE TECHNOLOGY FOR THE BUILDING
OF THE ENGINEERING CAREER IN NETWORKING AND TELECOMUNICATIONS
Abstract
According to the Ecuadorian Air Quality Standard, the level of contamination is measured under concentration parameters in mg / m3, which at a higher concentration affects the health of people who consume oxygen in the different study areas in the building of the Engineering degree in Networking and Telecommunications. Therefore, the health of students, teachers and people who carry out their daily activities for several hours in this pedagogical center should be considered. Thanks to the technology and the use of different components that allow a measurement of the air quality based on sensors, a quality control can be implemented and allow the authorities to take precautionary measures in case of that pollution levels increase and harm the health of the people who make up the faculty. For development, quantitative research methodology was used with the collection and analysis of the collected information. With the data obtained, a contribution is made for future projects with this type of technology, optimizing the development of the system with the use of better platforms for the collection of new data and presentation of information.
Autores: Joselyne Adriana Padilla Herrera. Johan Alejandro León Heredia. Tutor: Ing. William Rodríguez López MSg.
1
INTRODUCCIÓN
A medida que pasa el tiempo la concentración de compuestos químicos contaminantes
que se encuentran en el medio ambiente incrementa, debido a que no existe un control
en el país hacia las personas para que eviten que el medio ambiente sea contaminado,
muchas veces sucede esto porque no hay un sistema que mida estos parámetros, para
de esta manera, las personas tomen medidas de prevención y corrección.
Bajo esta necesidad de un sistema que realice un monitoreo del área donde se
desenvuelven las personas diariamente, nace la idea debido a la ubicación en la que se
encuentra el edificio de las carreras Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones,
Ingeniería en Sistemas Computacionales, Ingeniería en Software e Ingeniería en
Tecnologías de la Información. Es un lugar transitado por vehículos los cuales liberan
elementos químicos que afectan mucho a la salud de las personas, otro de los factores
es el consumo de cigarrillo por parte de personas que lo realizan al pie de las aulas, de
tal manera que el humo ingresa por las ventanas en donde los estudiantes y maestros
permanecen varias horas en el transcurso del día.
Este proyecto está basado en una red de bajo consumo que permita monitorear los
datos captados con sensores que realizan la medición de concentración de los
compuestos químicos contaminantes usando Arduino un fabricante confiable y
accesible, estos componentes conectados cumplirán la función principal, que es
recolectar información para que sean comparadas con las medidas determinadas por la
norma de calidad de aire y en caso de que exista contaminación tomar las debidas
precauciones para evitar daños en la salud.
Para un mayor entendimiento se segmentó la documentación en cuatro capítulos,
compuesto de la siguiente manera:
2
Capítulo I: Define la problemática con el medio ambiente, objetivos generales y
específicos, alcance, sus causas y las consecuencias que pueden causarle a las
personas involucradas en caso de que no se tomen las debidas precauciones.
Capítulo II: Se realiza una investigación definiendo los conceptos necesarios y toda la
información de los equipos que se van a usar para el monitoreo de la calidad del aire,
los compuestos químicos contaminantes, equipos, tecnología, entre otros.
Capítulo III: Se encuentra el desarrollo y la implementación del sistema, para que sirva
de guía al usuario y en caso de que se deban realizar mejoras en el sistema para una
posible alternativa de uso.
Capítulo IV: En donde se registran las validaciones, conclusiones y recomendaciones
del proyecto.
3
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
Ubicación del problema en un contexto.
El proyecto de medición de calidad de aire del edificio de la carrera de Ingeniería en
Networking y Telecomunicaciones, surge de la necesidad de obtener un lugar libre de
contaminación, debido a que a medida que pasa el tiempo la contaminación puede llegar
a aumentar en grandes cantidades; por lo que, es necesario que exista un monitoreo
con una red de bajo consumo de amplia cobertura para la carrera Ingeniería en
Networking y Telecomunicaciones ubicada en las calles Víctor Manuel Rendón entre
Córdova y Chimborazo.
Existen factores contaminantes que pueden incidir de forma negativa en la salud de los
estudiantes de la carrera, por ende, según la Norma Ecuatoriana de la Calidad del Aire,
normativa que está basada en el control de dichos contaminantes, se pueden medir los
niveles de contaminación bajo los siguientes parámetros:
Monóxido de Carbono con una concentración promedio en 8 horas (mg/m3).
Ozono con una concentración promedio en 8 horas (mg/m3).
Dióxido de nitrógeno con una concentración promedio en 1 hora (mg/m3).
Dióxido de azufre con una concentración promedio en 24 horas (mg/m3).
Teniendo estos parámetros estipulados es necesario realizar un monitoreo, debido a
que existe una posibilidad de gran concentración de cada uno de estos elementos en el
ambiente alrededor de la facultad debido al sitio en el cual se encuentra ubicada; como
4
es de conocimiento los vehículos con consumo de gasolina que circulan contienen su
principal elemento contaminante: el monóxido de carbono, adicional a esto el ozono
se considera un contaminante ambiental, ya que a elevadas concentraciones puede
provocar daños en la salud como irritar el sistema respiratorio, agravar el asma y las
enfermedades pulmonares crónicas, reducir la función pulmonar, disminuir la esperanza
de vida. (Desastres, 2019)
Existen otros elementos causado por los vehículos como el consumo del tabaco y la
quema de madera los cuales generan el dióxido de nitrógeno y de azufre junto con la
humedad del sector. (Ambientum, 2020)
Actualmente el edificio de la carrera al ser un centro de estudio y de formación
pedagógica presencial, implica que muchas personas estén en un solo lugar, en todas
sus jornadas, por lo cual las autoridades deberían considerar estos factores que
contaminan el medio ambiente y con ello a los estudiantes, de esta manera con un
monitoreo, se puedan tomar medidas de prevención en caso de altas concentraciones
de compuestos químicos contaminantes que atenten la buena salud de las personas.
Situación conflicto nudos críticos.
La implementación de una red que mida la calidad del aire en la carrera surge de la
necesidad de mantener un ambiente sano y saludable para los estudiantes. La mayoría
de los estudiantes hacen uso de las instalaciones no solo dentro de su horario o jornada
estudiantil también permanecen realizando horas autónomas e investigativas dentro de
aulas libres fuera de los horarios de clases, por lo tanto, es necesario mantener un
ambiente libre de contaminación o al menos que se encuentre dentro de los parámetros
normales.
5
Causas y consecuencias del problema.
Cuadro N. 1 Causas y consecuencias del problema.
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: https://www.saludgeoambiental.org/dioxido-azufre-so2
Delimitación del problema.
El lugar más recomendable para el estudio y la medición de la calidad del aire es en el
sector de la planta baja del edificio de la carrera en la facultad, abarcando la entrada y
los cursos que se encuentran al pie de la calle Victor Manuel Rendón donde circulan
vehículos esparciendo en el ambiente humo generado con los compuestos químicos
contaminantes mencionados anteriormente y se realiza el consumo de productos como
el cigarrillo, estableciendo un horario en específico en el cual la contaminación aumenta
o disminuye para que de esta manera se puedan tomar medidas de corrección en caso
de ser necesario.
Causas Consecuencias
Humo liberado por el consumo de
gasolina de los vehículos.
Genera el monóxido de carbono altera
la capacidad de la sangre de
transportar oxígeno a los órganos del
cuerpo. Puede producir dolor en los
músculos, náuseas y dolores de
cabeza
Humo liberado por tabaco debido al
consumo de cigarrillos.
Puede ocasionar cáncer en pulmones,
laringe, faringe y fosas nasales.
Humo que contiene ciertas cantidades
de dióxido de azufre.
Dificultad para respirar e inflamación
de vías respiratorias
Uso de aparatos sin certificación por
instituciones que controlan el medio
ambiente.
Pueden ocasionar problemas en los
pulmones, en algunos casos la
neumonía.
6
Las personas a las cuales les afecta este problema son los alumnos, profesores,
personal administrativo y de logística, quienes son los que se encuentran en las
instalaciones del edificio por un tiempo que varía entre cero a más de cinco horas.
Asimismo, se debe de considerar que un factor importante es el consumo de tabaco en
los alrededores para evitar que el porcentaje de la contaminación aumente.
Formulación del problema.
¿El ambiente es apto para que las personas puedan realizar sus actividades durante las
jornadas laborales y de estudio?
Evaluación del problema.
Los aspectos generales de evaluación son:
Delimitado: Debido a que con el prototipo se puede realizar un control según un horario
definido en el que los gases contaminantes están en las áreas de la planta baja del
edificio donde las personas afectadas son las que conforman la institución y usan sus
instalaciones.
Claro: Según los datos analizados por parte de Diario GK (GK, 2019) indica que existe
la contaminación en diferentes ciudades del Ecuador siendo entre ellas las de mayor
contaminación: Guayaquil y Quito, por ser las ciudades con una gran cantidad de
vehículos matriculados y por ende mayor contaminación.
Evidente: Se puede observar con claridad todas las causas de contaminación en el
sector y entender las posibles consecuencias. Estas contienen manifestaciones claras
y observables.
7
Relevante: Es muy importante puesto que la salud de las personas es lo primordial,
desempeñar las funciones en un establecimiento libre de contaminación y seguro, que
mantenga un control, siempre buscando el bienestar estudiantil y profesional.
Factible: Los materiales y equipos para medir o realizar el control son fáciles de instalar,
el tipo de tecnología que usa es flexible y al alcance de los recursos económicos que se
poseen. Existen diferentes posibilidades de solución según tiempo y recursos.
Identifica los productos esperados: Es útil, se puede realizar con otras alternativas
en caso de que la principal manera de efectuar la medición falle, este proyecto se puede
implementar de una manera u otra, el cual se explicará más adelante en base a los
inconvenientes que se presentaron en el desarrollo.
Objetivos.
Objetivo general.
Desarrollar un sistema que permita medir los parámetros de calidad del aire en el edificio
de la carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones para la captación de
datos a través de una red de bajo consumo.
Objetivos específicos.
Investigar sobre los métodos, parámetros y dispositivos comerciales de medición de
calidad de aire.
Investigar y determinar los equipos necesarios para la captación, transmisión,
almacenamiento y presentación de información.
Elaborar prototipo de acuerdo con los parámetros a medir.
Presentar la información de los parámetros y posibles niveles de contaminación en
la plataforma Cayenne.
8
Alcance del problema.
El desarrollo del proyecto está enfocado en la contaminación del aire por lo cual se
realizará el levantamiento de información de los parámetros a utilizar y su adecuada
administración.
Recolectar información sobre los contaminantes que están en el ambiente.
Identificar los dispositivos que se van a utilizar de acuerdo con los parámetros
que se investigaron en el punto anterior.
Presentación de la información para visualizar el nivel de contaminación o
factores contaminantes que pueden incidir de manera negativa para la salud de
los estudiantes.
Realizar la instalación temporal de los equipos con todos sus componentes, el
cual realice la interacción entre dispositivos para la toma de muestra, estudio y
presentación de los datos.
Mediante pruebas realizadas en zonas de la facultad como las aulas 102 y 105 del sector
en la planta baja, se obtienen muestras en dónde se valida que el sistema de monitoreo
construido se puede implementar en cualquier área del edificio, para el estudio de los
parámetros de contaminación.
Cabe indicar que éstas muestras fueron recogidas en el sector de las aulas vulnerables
donde circulan los vehículos, en la calle principal (Víctor Manuel Rendón) la cual es muy
transitada, por lo general, en la calle principal la presencia de los automóviles es retenida
por la cantidad de vehículos que realizan parqueos a los costados y algunos en doble
columna, otro de los elementos a considerar son las personas consumen tabaco.
Justificación e importancia.
La importancia del proyecto radica en velar por la salud de las personas que se
encuentran en la zona, ya que se necesita un ambiente sano para todos los estudiantes
9
de la facultad, por lo que es necesario realizar un estudio de la contaminación que
contiene el aire.
Realizando un monitoreo de la calidad del aire, se logrará que todos los estudiantes
puedan adquirir su conocimiento dentro de sus horarios sin ningún inconveniente
perjudicial en la salud ya que la contaminación del aire afecta el desarrollo y rendimiento.
Se necesita un buen ambiente, libre de contaminación para que, no solo los estudiantes
sino también todas las personas que usan las instalaciones, obtengan comodidad
desempeñando sus funciones y de esta manera, en un futuro de ser necesario tomar
medidas para mejorar la calidad del aire en el sector.
Este tipo de proyecto es ideal para la institución o entidad que desee emplearlo, debido
a que a nivel económico su implementación es muy accesible, los elementos usados,
equipos y productos electrónicos son de bajo costo y de beneficio para todos. A
diferencia de otros que se necesitan un mayor costo de implementación y mantenimiento
de plataforma, realizando el mismo servicio.
La necesidad de contar con un sistema que permita el monitoreo de la calidad de aire
contiene una gran importancia, sobre todo en una institución educativa. En estos
tiempos donde la contaminación está muy presente, el desarrollo de virus y de tantos
compuestos químicos los cuales no son visibles para la vista humana, permiten que sea
una oportunidad perfecta para realizar un monitoreo y prevenir con tiempo cualquier
enfermedad.
Metodología del proyecto.
Para realizar un mejor desarrollo del proyecto, la metodología a usar es conocida como
Metodología PPDIOO, es el proceso de ciclos de vida para el diseño e implementación
de una red, debido a que permitirá la optimización y el resultado que se desea obtener.
10
Cada una de sus fases cumple con sus funciones específicas, debidamente elaboradas,
que darán un excelente resultado, las cuales son:
1. Preparación: Se tiene en mente realizar una red de bajo consumo en la que se
obtienen varias opciones con diferentes tecnologías, que se encargan de fabricar
equipos compatibles usando internet de las cosas o IoT (Internet of Things), la
cual es una red que permite realizar la conexión de objetos entre sí con método
de conexión inalámbrica.
2. Planificación: Se realiza el análisis del sector para verificar la cantidad de los
equipos y su correcta ubicación para determinar el rango que alcanzará la red.
3. Diseño: Se realiza un diagrama de la red que se va a implementar, para de esta
manera tener un esquema ideal y organizado.
4. Implementación: En donde se indica el proceso de implementación con la
adquisición de los equipos y la preparación para elaborar el sistema.
5. Operación: En esta fase se va a realizar el monitoreo de la red y de sus
parámetros para obtener un reporte de los datos.
6. Optimización: Una vez que la red ya esté implementada es necesario identificar
los problemas para resolverlos incluso antes de que existan para prevenir
cualquier inconveniente a futuro.
El proyecto abarca todas las fases la cual permite segmentar el trabajo de manera que
sea eficaz y eficiente al momento de mostrar los resultados.
11
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO.
Antecedentes del estudio.
La contaminación del medio ambiente es un tema que lleva años preocupando no solo
al país, sino también a gran parte del planeta. A medida que transcurren los años la
contaminación aumenta, por lo que, ha llevado a afectar globalmente, incluso
ocasionando lo que se conoce como el cambio climático. Los principales factores
contaminantes son los gases que se generan por el consumo de derivados del
combustible, entre ellos, la mayor concentración de ozono es responsable de ocasionar
daños en la salud como irritar el sistema respiratorio, agravar el asma y enfermedades
pulmonares crónicas, las concentraciones pueden ser de gran cantidad debido a una
reacción química entre los óxidos de nitrógeno y compuestos de orgánicos volátiles en
presencia de luz solar. Los vehículos son las principales fuentes de emisión de estos
componentes. (Desastres, 2019)
La Organización Mundial de la Salud sostuvo que “los gases de los vehículos con
motores a diésel son cancerígenos, estimando que en 2016 la contaminación ambiental
del aire causó 4,2 millones de muertes prematuras en todo el año”. (OMS, 2018)
Se toma como referencia de un estudio ya realizado en la Universidad de Cuenca: “A
su vez al tener la información necesaria de la concentración de los contaminantes
atmosféricos monitoreados se puede generar diversos tipos de investigaciones
relacionados con la calidad del aire, evaluar la eficacia de los programas y normas de
mejoramiento de la calidad del aire, y a su vez realizar la debida planificación para
reducir la concentración de gases y partículas contaminantes presentes en el aire”.
(MOGROVEJO, 2015)
12
Fundamentación teórica.
La contaminación del aire es la consecuencia de una serie de eventos o acciones que
provocan los gases tóxicos, la mayoría de ellos son ocasionados por la liberación de
humo de cualquier vehículo que consuma combustible, estos gases tóxicos contienen
niveles de contaminación que afectan a la salud de las personas. (Cacoango Vacacela
& Guaman Mocha, 2016)
Para que el problema sea explicado de mejor manera se dividirá en los siguientes
subtemas:
Tipos de gases.
En el ambiente existen diferentes sustancias químicas unas más letales que otras, entre
ellas tenemos lo siguiente:
Gases inertes: Los cuales no mantienen combustión.
Gases comburentes: Contienen propiedades indispensables para la
combustión.
Gases combustibles: Se consumen rápidamente en presencia del aire.
Gases corrosivos: Destruyen tejidos y materiales.
Gases tóxicos: Afectan al organismo de los seres vivos provocando la muerte
según la concentración.
Los gases en los que se va a enfocar el proyecto son los del último tipo mencionado.
Características de los componentes en los gases tóxicos:
Monóxido de carbono (CO): Es la oxidación del carbono, puede causar la
muerte si se inhala en un lugar con alta concentración. Resultado de motores de
13
combustión y quema de hidrocarburos. (Cacoango Vacacela & Guaman Mocha,
2016)
Dióxido de azufre (SO2): Es soluble en agua, produce lluvias ácidas en
atmosferas contaminadas. Se libera por combustión industrial y causa irritación
en el aparato respiratorio. (Cacoango Vacacela & Guaman Mocha, 2016)
Ozono: Se encuentra en la atmosfera para protección de radiaciones solares. Si
se expone en zonas con alta concentración causa fatigas extremas y fallos
renales.
Metano (CH4): Es un gas de combustión asfixiante, inodoro e incoloro, desplaza
el oxigene en el ambiente por lo que puede sofocar. (Cacoango Vacacela &
Guaman Mocha, 2016)
Dióxido de Carbono (CO2): Es el resultado de un proceso de combustión y
produce asfixia. (Cacoango Vacacela & Guaman Mocha, 2016)
Dióxido de nitrógeno (NO2): Se genera por la combustión de motores y plantas
eléctricas. Produce ácido y eleva los niveles de PM-2.5 en el ambiente a su vez
irrita los pulmones causando bronquitis y pulmonía. Reduce la resistencia
respiratoria a las infecciones. (Cacoango Vacacela & Guaman Mocha, 2016)
Componentes a medir:
Monóxido de carbono (CO).
Dióxido de azufre (SO2).
Ozono (O3).
Dióxido de nitrógeno (NO2).
Alcohol (OH).
Acetona (CH3(CO)CH3).
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La selección de los componentes se realizó debido a la consecuencia que produce el
consumir estos gases tóxicos en cada ser humano, estos componentes afectan
directamente a las personas que se encuentran en el edificio de la carrera y son los que
producen vulnerabilidades en el sistema respiratorio. (Cacoango Vacacela & Guaman
Mocha, 2016)
Infraestructura de la red
Una vez que se obtiene la información de los parámetros que se deben medir según la
norma de calidad de aire, es momento de establecer los equipos, componentes y tipo
de red que se necesitan para el monitoreo de dichos parámetros. (Valarezo Troya &
Criollo Jaramillo, 2017)
La infraestructura de red que más se adapta para este proyecto de tesis es la red
LPWAN, por medio de esta se entabla una conectividad entre dispositivos con sensores
que son accesibles de obtener y a su vez permiten monitorear un entorno para analizar
el nivel de concentración nociva que este tiene. (Valarezo Troya & Criollo Jaramillo,
2017)
Red LPWAN (Red de Área Amplia de Baja Potencia)
Considerada un tipo de red de bajo costo porque posibilita el intercambio de pequeños
flujos de datos inalámbricamente entre dispositivos y sensores a una distancia de hasta
10 kilómetros aproximadamente con línea de vista. (Valarezo Troya & Criollo Jaramillo,
2017)
Por lo general son empleadas únicamente para comunicaciones M2M o internet de las
cosas debido a su tasa de transferencia que varía entre los 100 bps y 200 bps. (Valarezo
Troya & Criollo Jaramillo, 2017)
Una de las ventajas que presenta este tipo de red es el lapso de tiempo que permite que
los dispositivos y/o sensores puedan ser monitoreados ya que su consumo de energía
15
es tan bajo que puede durar años con tan solo pequeñas baterías. (Valarezo Troya &
Criollo Jaramillo, 2017)
Wireless Sensor Network:
Son sensores que se interconectan realizando una comunicación de forma inalámbrica
para recopilar datos sobre el entorno circundante formando una red de sensores. Los
nodos son generalmente de baja potencia y se distribuyen de forma descentralizada y
ad hoc. (Harsh Kupwade Patil, 2017)
Internet de las cosas (IoT):
Dentro de las redes que permiten al usuario realizar una red de internet de las cosas,
existen diferentes plataformas, la mayoría compatibles con Arduino, Raspberry PI, entre
otros. Entre las diferentes plataformas gratuitas que existen tenemos:
Node-Red:
Es una herramienta de programación para conectar dispositivos de hardware, API y
servicios en línea de formas nuevas e interesantes. Proporciona un editor basado en
navegador que facilita la conexión de flujos mediante la amplia gama de nodos en la
paleta que se pueden implementar en su tiempo de ejecución con un solo clic. (O'Leary,
2013)
El tiempo de ejecución liviano se basa en Node.js, aprovechando al máximo su modelo
sin bloqueo controlado por eventos. Esto lo hace ideal para ejecutarse en el borde de la
red en hardware de bajo costo, como Raspberry Pi, así como en la nube. (O'Leary, 2013)
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Arduino Cloud:
De todas las plataformas es la más sencilla de usar en proyectos de IoT según el criterio
de (Hernández, 2016) debido a que dentro del repositorio oficial, encontramos la librería
ArduinoCloud.h que nos permite mandar la información a la infraestructura que tiene
Arduino en la nube.
El problema radica en las limitaciones como son evidentes, no tiene una API para
consultar los datos desde otras aplicaciones, no tiene histórico y no representa la
información en tiempo real. Según Arduino, muy pronto irán incorporando estas
funcionalidades. (Hernández, 2016)
Thingspeak:
Según (Hernández, 2016) esta API es de código abierto, se puede descargar de GitHub
y utilizarla en nuestros proyectos de manera local. La base de esta plataforma son los
canales. En ellos se almacenan los datos que le enviamos y se compone de 3
elementos:
8 campos para almacenar datos de cualquier tipo.
3 campos para almacenar la ubicación, latitud, longitud y elevación. Por supuesto
que necesitaríamos un componente que nos diera esta información.
1 campo para almacenar el estado.
Cada uno de estos campos puede ser actualizado cada 15 segundos. Dentro del código
hay librerías para muchos lenguajes de programación entre ellos, para Arduino.
Utilizable en proyectos de IoT con Arduino, dentro del entorno de desarrollo oficial.
(Hernández, 2016)
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Cayenne:
Es una de las plataformas más sencillas de usar junto con Arduino Cloud. Contiene un
gestor visual muy sencillo de configurar en dispositivos para que se conecte con el
mismo. Si nos centramos en Arduino, dispone de una librería que la encontramos en el
repositorio oficial. Solo hay que descargarla y listo. Una vez tengamos esta librería
instalada, ya podemos generar el programa o sketch. (Hernández, 2016)
(Hernández, 2016) indica que realizó pruebas con un sensor de temperatura y humedad,
que no pudo comunicar debido a un error interno de la aplicación, el cual fue corregido
por los creadores al pasar por varias actualizaciones desde el año 2016.
Thinger.IO:
Es una plataforma de código abierto. Se la puede encontrar en su propio servidor como
en GitHub para instalarla en una máquina local. Una de las cosas que más me atrae es
que ofrece su servicio de manera gratuita con cuenta para Makers utilizando su
infraestructura en la nube. (Hernández, 2016)
Es sencillo de programar. Contiene librerías en repositorios de manera oficial con
Arduino. Incluso se puede utilizar la plataforma para todo tipo de proyecto IoT pero que
tenga compatibilidad con Raspberry Pi o Intel Edison. Adicional a esto dispone de una
consola de administración bastante potente donde permite al usuario gestionar y
geolocalizar nuestros objetos conectados. (Hernández, 2016)
Tecnologías LPWAN:
Las siguientes tecnologías fueron desarrolladas con características similares a LPWAN,
pero con propósitos distintos en cuanto a forma de implementación y manejo de los
mismos. A continuación, se definirán las tecnologías más nombradas:
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Tecnología LoRa (largo alcance)
En esta tecnología se distinguen dos términos los cuales son:
LoRa: Hace énfasis a la capa física del modelo OSI, es decir, que se relaciona
con todo proceso que se encargue de transformar las señales digitales y/o
análogas a físicas las cuales puedan transmitirse a través del aire. También
comprende todo proceso de encriptación, modulación y demodulación de
información transmitida. Cabe mencionar que LoRa trabaja en anchos de banda
de 125KHZ ,250KHZ y 500KHZ. (Porras Calderón & Salah García, 2018)
LoRaWAN: No es más que una agrupación de protocoles de red que fue creada
por la compañía Semtech, permite una comunicación bidireccional entre
dispositivos que trabajen por batería a internet. Su arquitectura radica en una red
en malla conformada por los gateways que son los responsables de hacer llegar
la información a los nodos y al servidor de red central. (Porras Calderón & Salah
García, 2018)
Gráfico 1. Arquitectura de LoRaWAN
Elaboración: Wilder Valarezo y Andrés Criollo Fuente:http://www.dspace.espol.edu.ec/xmlui/bitstream/handle/123456789/44736/D-
CD106475.pdf?sequence=-1&isAllowed=y
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Existen 3 tipos de clases dentro de este protocolo: Clase A, clase B y clase C.
Clase A: los dispositivos deben de tener compatibilidad entre sí y utilizan una potencia
menor que las otras clases, en esta clase son dispositivos asíncronos donde el Gateway
es quien origina la comunicación enviando un enlace que se abre por corto tiempo
enviando respuestas de manera bidireccional. (Porras Calderón & Salah García, 2018)
Clase B: La sincronización es periódica, la comunicación es bidireccional debido a que
los dispositivos tienen una recepción de información mediante comandos o señales.
(Porras Calderón & Salah García, 2018)
Clase C: El dispositivo final consta de una recepción abierta mediante un receptor
ofreciendo un canal de comunicación bidireccional con baja latencia en la red, por lo
tanto, incrementa el consumo de energía y es necesario una fuente alimentación
continua. (Porras Calderón & Salah García, 2018)
Tecnología SigFox.
Es la tecnología más implementada en varios países europeos que apunta a ser
reconocida a nivel mundial con el despliegue del IoT (internet de las cosas), patentada
por una compañía francesa cuya arquitectura es conformada por una red de servidores
y antenas que posibilita la conectividad de cosas permitiendo compartir 140 mensajes
máximos por día con una tasa de transferencia que varía entre 100 o 600 bits teniendo
en cuenta en la región donde se implemente. SigFox abarca más cobertura que las
demás tecnologías ya que esta se puede extender hasta 40km en zonas rurales.
(Garcés, 2017)
Tecnología NB-IOT.
Es la tecnología que cuenta con el ancho de banda más estrecho o delimitado que las
demás tecnologías permitiendo transferencia de cargar y descarga de hasta 200kbps.
20
Se considera un tiempo de vida de la batería aproximadamente hasta 10 años.
(Paessler, 2019)
A continuación, se presenta una tabla que compara las tecnologías de LPWAN.
Gráfico 2. Comparación de tecnologías LPWAN
Elaboración: William Porras y Oscar Salah
Fuente:https://www.cdtdegas.com/images/Descargas/Nuestra_revista/MetFlu14/9_RedLPWAN.pdf
Componentes para la red:
A continuación, se describirán los diferentes componentes con los que se puede
elaborar la red de bajo consumo con IoT:
21
Equipo principal: Módulo ESP8266 WIFI
El módulo ESP8266 es un chip que usa la tecnología WIFI, usa el protocolo TCP/IP para
su funcionamiento, dentro del chip incluye un microcontrolador conocido como Tensilica
Xtensa LX106 el cual permite el uso del protocolo y realizar la conexión 802.11 con el
software, dispone de entradas y salidas digitales como (GPIO) y entradas analógicas
como ADC de 10 bits. (Laborda, 2016)
Lo más importante es su compatibilidad con Arduino, ya que se puede realizar la
programación directamente con su entorno permitiendo desarrollar aplicaciones IoT.
(Laborda, 2016)
Es necesario el uso de este módulo ya que cumple con todas las características que se
necesitan para el funcionamiento de la red, posee un bajo costo y accesibilidad para su
adquisición mediante cualquier plataforma compra/venta de internet o en puntos físicos
como las electrónicas.
Gráfico 3. Módulo ESP8266 WIFI
Elaboración: Future Electronics
Fuente: https://store.fut-electronics.com/products/nodemcu-esp8266-programming-
and-development-kit
22
Características:
Las principales características del ESP8266 son las siguientes: (Laborda, 2016)
- 32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 corriendo a 80 MHz (que puede ser
overclokeado a 160MHz si se requiere).
- 64 KiB de RAM para instrucciones y 96 KiB de RAM para datos.
- IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi.
- 16 pines GPIO.
- SPI e I2C.
- UART en los pines dedicados (usada para la programación del chip).
- Un convertidor Analógico-Digital (ADC) de 10 bit.
Gráfico 4. Arquitectura de Módulo ESP8266
Elaboración: Jaime Laborda
Fuente: https://github.com/jaimelaborda/Planta-Twittera/wiki/1.-Introducci%C3%B3n-
al-ESP8266-y-NodeMCU
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Equipos secundarios:
Tarjetas de Arduino.
Es una placa programable basada en un software y hardware que otorga la facultad
al usuario de desarrollar cualquier programa permitiendo interactuar con el mismo o
a su vez la conexión con otros dispositivos. (Porras Calderón & Salah García, 2018)
Gráfico 5. Arduino UNO
Elaboración: Arduino
Fuente: https://arduino.cl/que-es-arduino/
Tarjeta fuente de alimentación.
Para la alimentación de energía del prototipo y las tarjetas arduino, se necesita una
tarjeta Micro JPM con una entrada de voltaje menor a 5v para que no genere cortos
dentro de la tarjeta ESP8266 y a su vez de los sensores. Por lo cual el modelo escogido
es una fuente de 3.3V – 5V p/ Breadboard - Micro JPM.
Entre sus características:
- Aplica a protoboard MB102.
- Dimensiones: 5.3cm x 3.5cm.
- Voltaje de entrada: 6.5-12 V (DC) or USB power supply.
- Voltaje de salida: 3.3V/5V Jumper para el switch.
24
- Máxima salida de corriente: <700 mA.
- Fluctúa entre dos modos de control independiente, puede cambiar entre 0 V,
3.3 V, 5 V
- Sobre el módulo hay dos grupos de 3.3V, 5V DC pines de salida. (JPM, 2020)
Elaboración: Micro JPM
Fuente: https://www.microjpm.com/products/fuente-3-3-5v-para-protoboard-/
Sensores:
Son aquellos dispositivos electroquímicos elaborados para cambiar de resistencia en
relación al l tipo de gas al que puede ser expuesto.
MQ-2: Metano, butano y humo.
Es un sensor capaz de captar la presencia de metano, butano y humo (gases
analógicos) a concentraciones de 300 a 10.000 ppm en el aire generalmente usado en
el área industrial o en mercados de consumos de comidas rápidas. (Castiblanco
Avendaño & Cañon Alfonso, 2019)
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Entre sus características:
- Tiempo de repuesta >10s.
- Implementación sencilla.
- Alto grado de sensibilidad.
- Apto para detectar a distancias extensas.
- 5v de alimentación
Aplicaciones:
Rastreador de fugas de gas caseros e industriales.
Rastreador de gases portátiles.
Gráfico 6. Sensor MQ-2
Elaboración: Shopify
Fuente: https://www.330ohms.com/products/gas-sensor-module-mq-2
MQ-7: Monóxido de carbono.
Este tipo de sensor es muy precipitado para hallar concentraciones de monóxido de
carbono en la atmosfera en un rango promediado 200ppm a 2000ppm regularmente es
implementado en empresas y hogares, lo que no se recomienda es que estos sean
utilizados en áreas con un alto grado de explosión. (Villa Ramos & Daquilema Aimacaña,
2016)
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Características:
- El tiempo de respuesta varía de acuerdo al voltaje: 60s para voltaje alto
de 5V, 90s para voltaje bajo de 1.4V.
- Se regula la detección de gas con la ayuda de un potenciómetro. (Villa
Ramos & Daquilema Aimacaña, 2016)
Aplicaciones:
- Detectar concentraciones de gas y envía alarmas
Gráfico 7. Sensor MQ- 7
Elaboración: ECG Electronics
Fuente: https://www.tuvoltio.com/categorias/2-electronica/1810-modulo-sensor-mq-7-
carbon-monoxide-gas
MQ-5: Gas natural.
Es un sensor muy recomendado por su grado de respuesta optima y eficaz,
especializado en detectar concentraciones de gas licuado desde 300ppm hasta
10.000ppm. (Villa Ramos & Daquilema Aimacaña, 2016)
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Características:
- Sensibilidad baja para el humo y alcohol.
- Sensibilidad alta al gas natural, al GLP.
- Al igual que los demás sensores su tiempo de respuesta es muy
óptimo. (Villa Ramos & Daquilema Aimacaña, 2016)
Gráfico 8. Sensor MQ-5
Elaboración: Electro Componentes
Fuente: https://www.electrocomponentes.es/gases/mq-5-modulo-sensor-gas-propano-
glp-natural-ciudad-634-.html
MQ-135: Calidad del aire, alcohol, humo y benceno.
Una de las funcionalidades de este sensor es que permite rastrear constantemente
aquellas concentraciones que afectan directamente a la salud y a su vez medir.
(Castiblanco Avendaño & Cañon Alfonso, 2019)
Características:
- Sensor económico.
- De acuerdo al alto grado de concentraciones nocivas medidas aumente
el voltaje de salida del sensor. (Castiblanco Avendaño & Cañon Alfonso,
2019)
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Aplicación:
- Medir constantemente la calidad de aire.
Gráfico 9. Sensor MQ-135
Elaboración: RhydoLABZ
Fuente: https://www.rhydolabz.com/sensors-gas-sensors-c-137_140/air-quality-sensor-mq135-p-1115.html
MQ- 131: Ozono.
La particularidad de este sensor se da por las concentraciones nocivas que este puede
detectar ya que mientras más elevadas sean más letal es para el ser humano.
(Tilinchana Simbaña, 2019)
Características:
- Envía informes de lectura a manera de tensión analógica.
- Se alimenta con un voltaje de 5VDC.
29
Gráfico 10. Sensor MQ-131
Elaboración: Danny Tilinchana
Fuente: https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/20105/1/CD-9547.pdf
Tipo de red:
Las redes de bajo consumo están estructuradas por componentes que no necesitan
consumir grandes cantidades de voltajes, al ser una red que realizará el monitoreo y la
evaluación de los parámetros que están en el aire, significa que deberá estar en
funcionamiento permanentemente, por lo tanto, es el tipo de red adecuada abarcando
un área amplia para la medición. En este tipo de red, la conexión de los sensores se lo
realiza a la tarjeta de Arduino y este a su vez realiza la conexión con el ESP8266 para
la transmisión de los datos al servidor Cayenne.
30
Fundamentación legal.
Según la Constitución de la República del Ecuador en el numeral 27 del artículo
66 indica:
“El derecho a vivir en un ambiente sano, ecológicamente equilibrado, libre de
contaminación y en armonía con la naturaleza”. (Ecuador, 2008)
Según el código orgánico integral penal de la república del ecuador, en la sección
segunda: delitos contra los recursos naturales. Artículo 253. Acerca de la
contaminación del aire, se suscribe de la siguiente manera:
Artículo 253.- Contaminación del aire. - La persona que, contraviniendo la normativa
vigente o por no adoptar las medidas exigidas en las normas, contamine el aire, la
atmósfera o demás componentes del espacio aéreo en niveles tales que resulten daños
graves a los recursos naturales, biodiversidad y salud humana, será sancionada con
pena privativa de libertad de uno a tres años. (Ecuador, 2008)
Según la ley de prevención y control de la contaminación ambiental en la norma
#20 vigente publicada en el 2004 por el congreso nacional en la comisión de
legislación y codificación. En su artículo 2. Del capítulo y en cuanto a la
prevención y control de la contaminación del aire. Indica lo siguiente:
Art. 2.- Para los efectos de esta Ley, serán consideradas como fuentes potenciales de
contaminación del aire:
a) Las artificiales, originadas por el desarrollo tecnológico y la acción del hombre, tales
como fábricas, calderas, generadores de vapor, talleres, plantas termoeléctricas,
refinerías de petróleo, plantas químicas, aeronaves, automotores y similares, la
incineración, quema a cielo abierto de basuras y residuos, la explotación de materiales
de construcción y otras actividades que produzcan o puedan producir contaminación.
(Republica del Ecuador, 2004)
31
b) Las naturales, ocasionadas por fenómenos naturales, tales como erupciones,
precipitaciones, sismos, sequías, deslizamientos de tierra y otros. (Republica del
Ecuador, 2004)
De prevención y control de la contaminación ambiental en la norma #20 vigente
publicada en el 2004 por el congreso nacional en la comisión de legislación y
codificación. En su artículo 2. Del capítulo i en cuanto a la prevención y control de la
contaminación del aire. Indica lo siguiente: (Republica del Ecuador, 2004)
Según la Ley Orgánica de Telecomunicaciones en el suplemento tercero
publicado en el año 2015 en relación al capítulo II Artículo 29.- Regulación técnica
se detalla lo siguiente:
“Consistente en establecer y supervisar las normas para garantizar la compatibilidad, la
calidad del servicio y solucionar las cuestiones relacionadas con la seguridad y el medio
ambiente”. (Telecomunicaciones, 2015)
Según la Constitución de la República del Ecuador en el artículo 15 del capítulo y
sección segunda dispone:
“El Estado promoverá, en el sector público y privado, el uso de tecnologías
ambientalmente limpias y de energías alternativas no contaminantes y de bajo impacto.
La soberanía energética no se alcanzará en detrimento de la soberanía alimentaria, ni
afectará el derecho al agua. (Ecuador, 2008)
Se prohíbe el desarrollo, producción, tenencia, comercialización, importación,
transporte, almacenamiento y uso de armas químicas, biológicas y nucleares, de
contaminantes orgánicos persistentes altamente tóxicos, agroquímicos
internacionalmente prohibidos, y las tecnologías y agentes biológicos experimentales
nocivos y organismos genéticamente modificados perjudiciales para la salud humana o
que atenten contra la soberanía alimentaria o los ecosistemas, así como la introducción
de residuos nucleares y desechos tóxicos al territorio nacional. (Ecuador, 2008)
32
Según la Constitución de la República del Ecuador en el artículo 73 del capítulo
séptimo establece:
“EI Estado aplicará medidas de precaución y restricción para las actividades que puedan
conducir a la extinción de especies, la destrucción de ecosistemas o la alteración
permanente de los ciclos naturales”. (Ecuador, 2008)
Norma de calidad del aire:
Se realizó una tabla con las concentraciones de contaminantes separados por 3 niveles:
Alerta, Alarma y Emergencia, indicando el máximo de cada uno por un tiempo
determinado. Según los parámetros a medir:
Cuadro N. 2 Norma de calidad del aire
Contaminantes y período de tiempo.
Alerta Alarma Emergencia
Monóxido de Carbono con una concentración promedio en 8 horas (mg/m3)
15 30 40
Ozono con una concentración promedio en 8 horas (mg/m3)
0.2 0.4 0.6
Dióxido de nitrógeno con una concentración promedio en 1 hora (mg/m3)
1 2 3
Dióxido de Azufre con una concentración promedio en 24 horas (mg/m3)
0.2 1 1.8
Elaboración: Quito Ambiente Fuente: http://www.quitoambiente.gob.ec/ambiente/index.php/norma-ecuatoriana-
de-la-calidad-del-aire
33
Pregunta científica a contestarse
¿Qué métodos y dispositivos son adecuados para implementar en un prototipo de bajo
costo que permita medir la calidad del aire y arroje un informe del grado de
contaminación en una zona específica?
Definiciones conceptuales
Red: Es un conjunto de equipos o nodos que se conectan entre sí de forma física o
inalámbrica para establecer la comunicación mediante el envío y recepción de datos.
(Salazar, 2017)
Red LPWAN: Es una red de área amplia de bajo consumo o de baja potencia (Low
Power Wide Area Network) diseñada para permitir comunicaciones de largo alcance a
una velocidad de bits baja entre objetos conectados, como sensores operados con una
batería. (Porras Calderón & Salah García, 2018)
LoRa: Es una tecnología inalámbrica (al igual que WiFi, Bluetooth, LTE, SigFox o
Zigbee) que emplea un tipo de modulación en radiofrecuencia patentado
por Semtech, una importante empresa fabricante de chips de radio. (Porras Calderón &
Salah García, 2018)
LoRaWAN: Es protocolo de red que usa la tecnología LoRa, para redes de baja
potencia y área amplia, LPWAN (Low Power Wide Area Network) empleado para
comunicar y administrar dispositivos LoRa. (Porras Calderón & Salah García, 2018)
Arduino: Es una plataforma de desarrollo basada en una placa electrónica de hardware
libre que incorpora un microcontrolador re-programable y una serie de pines hembra.
Estos permiten establecer conexiones entre el microcontrolador y los diferentes
sensores y actuadores de una manera muy sencilla. (Arduino, 2019)
34
Gases: Es uno de los estados de agregación de la materia. En este estado las moléculas
que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el
vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades.
(Cacoango Vacacela & Guaman Mocha, 2016)
Open Source: son todos aquellos programas o diseños que cualquier usuario puede
compartir o modificar con libertad absoluta. (Support RedHat, 2019)
Arquitectura de red: Es una aglomeración de protocolos interconectados con
dispositivos y programas de forma organizada en capas permitiendo una comunicación
entre sí dentro de organización. (Redes, 2017)
Red inalámbrica: se refiere a todo tipo de comunicación entre dispositivos en la que no
es necesario hacer uso de cables físicos. (Salazar, 2017)
IoT: Internet de las cosas, se refiere a un sistema compuesto por dispositivos y sensores
que permiten la conectividad entre objetos cotidianos de un hogar aptos para enviar y
recibir información en una red con internet. (Garcés, 2017)
Gateway: Conocido como una puerta de enlace es aquel dispositivo que se encarga de
traducir la información entre puntos de un protocolo a otro. (Garcés, 2017)
IP: Protocolo de internet, por sus siglas es un conjunto de números que permiten
identificar a un elemento dentro una red en una organización. (Redes, 2017)
API: Es un conjunto de definiciones y protocolos que se utiliza para desarrollar e integrar
el software de las aplicaciones. API significa interfaz de programación de aplicaciones.
Las API permiten que sus productos y servicios se comuniquen con otros, sin necesidad
de saber cómo están implementados. (Red Hat, 2020)
35
ADC: Es un conversor o convertidor analógico digital, el cual nos permite transformar
una señal analógica en un código binario, de esta manera se lo puede usar en equipos
electrónicos.
GPIO: Son pines que se usan en señales digitales como una expansión para tener más
entradas en un dispositivo.
WSN: Es una red de sensores autónomos que se comunican entre sí, de manera
inalámbrica.
Ad-Hoc: Es un tipo de red que no necesita de una infraestructura, debido a que es
descentralizada realizando envío de datos entre nodos.
Nodo: Es una unión de varias conexiones, elementos o puntos de equipos.
36
CAPÍTULO III
PROPUESTA TECNOLÓGICA
La propuesta tecnológica del proyecto está basada en una comunicación inalámbrica
para el envío de datos mediante IoT, anteriormente se mostraron los diferentes tipos de
tecnología que permiten realizar una red de bajo consumo para intercambiar y mostrar
información obtenida mediante software. La tecnología que usa el módulo de ESP8266,
es viable en cuanto a implementación, debido a que es flexible, fácil de implementar y
con una arquitectura estable.
La red LPWAN con NodeMCU ESP8266 permitirá medir la calidad de aire y sus
respectivos parámetros en funcionamiento, se encuentra estructurada con una red de
tipo estrella jerárquica compuesta por una tarjeta de red inalámbrica, la cual se conecta
al router del proveedor de internet en el lugar donde se realiza el monitoreo a través de
los sensores antes mencionados, de esta manera se establece una comunicación para
el envío de datos receptados por dichos sensores que se decidan usar en la red, toda
esta información captada es enviada al servidor Cayenne en tiempo real, de esta
manera permite al usuario o administrador de la red visualizar los datos obtenidos para
el análisis de la información. El servidor también guarda todos estos datos en un archivo
en Excel con la función de descargarlo en cualquier momento.
Análisis de factibilidad
Para el desarrollo del proyecto, es necesario realizar el prototipo antes de implementar
por completo la red de bajo consumo. Por lo tanto, para asegurar que los parámetros de
medición son correctos, como primer paso, se realizó una prueba con el gas que libera
un encendedor, monitoreando así los niveles de gases liberados a través de la pantalla
para que de esta manera el sensor se adapte a los niveles normales.
37
Los datos adquiridos se pueden visualizar en la plataforma de IoT, que permite al
usuario obtener la información en tiempo real. Se observarán todos los niveles de los
parámetros y se podrá realizar un estudio o manipulación de los datos según la
necesidad, siendo totalmente relativo al uso que el usuario desea realizar con la
información.
Es necesario obtener el siguiente estudio dentro de lo técnico, operacional, legal y
económico para que la efectividad de la red tenga el mayor porcentaje posible para su
implementación.
Factibilidad Operacional
La implementación del proyecto es factible en el caso de que las personas encargadas
de su administración tengan los conocimientos básicos para el uso adecuado en su
entorno, ya que una vez instalado el prototipo en el lugar en donde se desea realizar el
monitoreo no debe de ser manipulado por terceros, el prototipo está diseñado para
ubicarse en una posición estratégica y conveniente para la captación óptima. Asimismo,
la información va a ser utilizada por personas autorizadas, debido a que es mostrada a
través de la página del servidor.
El objetivo de la red y de la información que se obtiene es para tomar medidas
pertinentes en el caso de que los niveles se alejen del rango de parámetro establecido
por las normas de calidad, por lo que, es recomendable que la información obtenida sea
publicada por otros medios o que simplemente se mantenga con acceso a las personas
autorizadas.
Mediante datos de encuestas realizadas se pudo determinar que existe apoyo por parte
de las personas que conforman la carrera para la implementación de una red que pueda
monitorear de cierta manera a que tanta cantidad de contaminación están inmersos los
estudiantes, profesores y cada miembro que pertenece a este edificio. De esta manera,
las personas se sienten seguras al saber que se preocupan por la salud de cada uno de
los que conformamos la Facultad de Ciencias Matemáticas y Física.
38
Factibilidad técnica
Para determinar la factibilidad a nivel técnico es necesario identificar los componentes
de la red para conocer cuáles son los productos adecuados para la implementación, a
continuación, se describirá cada componente mediante dos ámbitos: hardware y
software. Cabe recalcar que estos equipos pueden ser adquiridos en cualquier local
electrónico.
Hardware:
Módulo ESP8266 WIFI: (Hernandez, 2018)
- Utiliza una CPU Tensilica L106 32-bit.
- Voltaje de operación entre 3V y 3,6V.
- Corriente de operación 80 mA.
- Temperatura de operación -40ºC y 125ºC.
- Soporta IPv4 y los protocolos TCP/UDP/HTTP/FTP.
- No soporta HTTPS en un principio. Sí que lo hace mediante software tanto en
cliente como servidor TLS1.2.
Tarjeta Arduino R3: (Cinjordiz, 2018)
- Posee un voltaje de entrada de 7-12V con un límite de 6-20V, lo cual
favorecerá al momento de realizar la red de bajo consumo.
- Permite conectar varios sensores MQ, los suficientes para realizar el
monitoreo de la concentración de contaminantes como metano, monóxido de
carbono, y el resto de parámetros que permiten medir la calidad de aire.
Sensores MQ:
- MQ-135: Para medir concentraciones de benceno, alcohol, humo, calidad del
aire (adecuado para detectar amoníaco, compuestos aromáticos, gases
39
nocivos, vapor de benceno, NH3, CO, humo y otros gases rango de
concentración de prueba a gas: 10 a 1000pp).
- MQ-2: Para medir concentraciones de metano, butano, GLP (Gas Licuado del
petróleo), humo, ozono, CO.
Las características de cada equipo son las necesarias para cubrir con las necesidades
requeridas en la implementación de la red manteniendo el tipo de red de bajo consumo
y dentro de las normas permitiendo realizar una perfecta sincronización con el software
para que, los datos y la información puedan ser verificados y presentados al usuario
cumpliendo con el funcionamiento del dispositivo, realizando el monitoreo y la obtención
de los datos mediante el mismo servidor IoT.
El acceso para realizar la medición o monitoreo depende de dos factores: como primer
factor son los puntos de alimentación para que el prototipo pueda estar en
funcionamiento. Mientras exista un tomacorriente al cual conectar como fuente de
alimentación para el equipo, el monitoreo no tendrá inconveniente. Y como segundo
factor es necesario que exista un equipo con punto de acceso a internet para el envío
de los datos.
Software:
El uso de software es totalmente gratuito. La plataforma es Cayenne, seleccionada por
su flexibilidad y fácil manejo, lo que nos permite realizar la comunicación de la red con
las tarjetas de Arduino y el módulo ESP8266 para realizar el envío de los datos, estos
datos pueden ser descargados gracias a la plataforma, dicha descarga es en hoja de
cálculo. Para el manejo de la plataforma no es necesario conocimientos avanzados en
programación ya que su configuración es visual, arrastrando y soltando íconos.
40
Factibilidad Legal
La elaboración de nuestro proyecto tiene como objetivo desarrollar un sistema el cual
permita captar los parámetros de calidad del aire, por lo tanto, es necesario regirse bajo
las leyes medio ambientales estipuladas nacional e internacionalmente. Para un mejor
análisis se va a dividir la factibilidad en 2 aspectos:
Norma de Calidad:
Son las normas y los parámetros internacionales en los que deben de estar los niveles
de calidad de aire con sus respectivas recomendaciones en caso de mostrar niveles de
alerta o emergencia, cada una indicando las medidas que se deben de tomar en caso
de sobrepasar dichos niveles.
Leyes ambientales nacionales:
Son las que están basadas en los artículos de la Constitución y ciertas condiciones
dentro de la política y regímenes que permiten mantener una balanza correcta en la
sociedad, siendo castigada hasta con años de cárcel a quienes violenten las leyes.
Legalmente no existe un impedimento para la implementación de un sistema que
supervise el control de los niveles de contaminación del oxígeno que se consume, al
contrario, es recomendable y necesario para los establecimientos donde las personas
desarrollan actividades académicas o laborables, debido a que, el tiempo que
permanecen en dicho establecimiento es superior a 5 horas y en algunos casos doble
jornada de trabajo.
Dicho esto, la factibilidad y la importancia de una red de bajo consumo para la medición
de calidad de aire es esencial y ayudará a crecer al establecimiento y acreditación de la
carrera.
41
Factibilidad Económica
El desarrollo de la medición de calidad de aire del edificio de la carrera de Ingeniería en
Networking y Telecomunicaciones, el cual se ha elaborado como proyecto de titulación,
tiene los siguientes gastos económicos asumidos por los autores del proyecto. A
continuación, se muestra el listado de lo que se ha invertido con un total de $98,50.
Cuadro N. 3 Lista de equipos adquiridos.
Descripción Valor
Paquete de Sensores MQ $ 18.00
2 Tarjetas Arduino R3 $ 30.00
2 Módulo ESP8266 WIFI $19.00
2 cable de datos USB $3.00
Pago de envío por libras (1.9 lb) $ 28.50
Total $98,50
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Amazon y locales comerciales electrónicos de Guayaquil.
El costo de la implementación de la red es un total de $98,50 debido a que Cayenne
permite tener un ahorro en software por su uso gratuito en comparación con otras
plataformas que poseen suscripciones por año.
Como se muestra en el Cuadro N. 3 se realizó la adquisición de los sensores MQ
mediante plataforma de Internet debido a una promoción en la que incluían 18 sensores
por un precio cómodo, en el que incluían los sensores que se necesitaron para el
prototipo. Entre ellos el sensor MQ-135 el más importante. En Ecuador son
comercializados en ciertas tiendas electrónicas pero su venta es individual. En el
proceso de adquisición de los productos se hizo factible debido a un familiar el cual
viajaría a Ecuador en esas fechas por ende trajo los equipos sin necesidad de realizar
pagos a aduanas o precios por aranceles, llegando a tiempo para el desarrollo del
prototipo.
42
Los módulos ESP8266 y los cables USB fueron adquiridos dentro de la ciudad en las
electrónicas el precio varía según el local comercial donde sean comprados.
Las tarjetas de Arduino R3 se las pueden adquirir mediante Amazon o en locales
comerciales dentro de la ciudad por ahorro económico se realizó la compra junto con
los sensores MQ.
El proyecto está económicamente al alcance para el desarrollo y la implementación,
incluso si es a menor escala en el caso de que se desee implementarlo en un hogar o
en un establecimiento de trabajo de mediana empresa.
Etapas de la metodología del proyecto.
Metodología PPDIOO:
Preparación:
Se realiza una revisión de los equipos adquiridos en caso de que tengan alguna falla de
fabricación o distribución en los locales de las electrónicas, sin ninguna observación se
preparó el equipo.
Para la preparación del lugar en donde estarán ubicados los equipos, se llegó a la
conclusión de que se puede realizar el monitoreo en las aulas más cercanas a la entrada
principal, en un lugar medio para que abarque un área razonable. Sin descuidar áreas
centradas como el auditorio.
43
Planificación:
La cantidad de tarjetas que se usaron para la red fueron dos, se recomienda que cada
tarjeta debe de estar ubicada en un sector estratégico que pueda captar la mayor
concentración de contaminación dentro del rango que permite cada sensor, como se
pudo verificar anteriormente con las características de cada sensor las medidas por ppm
(partes por millón).
En este caso, se usarán dos sensores por tarjeta, debido a que el número de tarjetas
nos limitan el área en que pueda ser ubicado el sensor, pero es lo suficiente para el
monitoreo de la calidad del aire en el área escogida.
Diseño:
Diagrama de red.
44
Gráfico 11. Diagrama de red basado en módulo ESP8266 WIFI 1
2
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León. 3 Fuente: Realizado en software de simulación Cisco Packet Tracer.4
45
En el diagrama de la gráfica 11, la red se diseña con dos puntos de conexión, de tal
manera, tenemos dos módulos ESP8266, donde cada módulo incluye un sensor para la
medición en las áreas escogidas y estos módulos a su vez se conectan con el proveedor
de internet para acceder a los servidores IoT y enviar la información obtenida.
La elaboración del sistema para el monitoreo del proyecto está basado en el diagrama
como parte de los objetivos, la investigación y determinación de los equipos necesarios
para la captación, transmisión, almacenamiento y presentación de información.
Área de implementación:
El área donde se recogieron muestras con las pruebas para el proceso de monitoreo de
la calidad del aire según la concentración de los compuestos químicos contaminantes
es en la zona de la planta baja comprendiendo el aula 102, aula 105 y en el pasillo del
edificio de la carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones como se puede
verificar en el gráfico 21.
El método de comunicación entre los sensores y el envío de datos deberá ser
establecida con la red que tenga hacia un proveedor de internet, la cual puede ser las
redes otorgadas por la facultad, grupos de estudiantes o con datos móviles para que
pueda conectarse a la plataforma Cayenne.
Implementación:
Para la implementación se va a dividir en pasos los cuáles van a ser de guía, adjuntando
las gráficas de las pruebas realizadas en área:
1. Verificar las conexiones eléctricas del lugar en donde se van a instalar los
equipos.
46
2. Identificar los lugares en donde el espacio sea reducido y de esta manera
se pueda captar la mayor concentración de compuestos químicos
contaminantes.
Gráfico 12. Prueba de medición en aula 1
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de Investigación.
Descripción: En el gráfico 12. Se muestran las conexiones de los sensores con la
tarjeta Arduino, realizando el periodo de adaptación antes de la medición, la cual fue
realizada en aula 102.
3. Realizar las conexiones de la tarjeta Arduino con los sensores.
47
Gráfico 13. Prueba de medición en aula 2
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de Investigación.
Descripción: En el gráfico 13. Se muestra de la misma manera el proceso de medición,
pero esta vez en el aula 105.
48
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Fritzing.
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Fritzing.
Gráfico 14. Diagrama Protoboard
Gráfico 15. Diagrama esquemático
49
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Fritzing.
4. Configurar las tarjetas y programar los sensores de acuerdo con los
parámetros que se encuentran dentro de la norma de calidad de aire, según
el sensor y elemento contaminante que mide cada uno
Gráfico 16. Diagrama PCB
50
Programación
Gráfico 17. Código fuente de sensor MQ-2
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de Investigación.
Descripción: En el gráfico 17. Se muestra parte del código de los sensores para su
funcionamiento realizando la conexión de la tarjeta ESP8266 a la red de internet de la
facultad la cual es una red abierta por lo tanto solo se colocan las comillas, en caso de
ser una red con contraseña se debe de digitar la contraseña dentro de las comillas.
51
Gráfico 18. Código fuente de sensor MQ-2
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de Investigación.
Descripción: En el gráfico 18. Se muestra el código con las condicionales según el
sensor correspondiente y su detección del compuesto químico contaminante por el cual
que fabricado.
52
Gráfico 19. Código fuente de sensor MQ-135
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de Investigación.
Descripción: En el gráfico 19. Se muestra código de sensor MQ-135 configurado para
realizar la captación de datos como el alcohol y la acetona, los cuales influyen para el
cálculo de la ppm al momento de realizar la conversión a mg/m3.
53
Gráfico 20. Código fuente de sensor MQ-135
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de Investigación.
Descripción: En el gráfico 20. Se muestra código de sensor MQ-135 configurado para
realizar la captación de datos como el alcohol y la acetona, los cuales influyen para el
cálculo de la ppm al momento de realizar la conversión a mg/m3. En esta parte del
código se tiene la edición visual mediante caracteres para la separación de los datos, al
momento de ejecutar desde la pantalla que tiene Arduino.
54
5. Realizar la conexión y programación de NodeMCU ESP8266.
Gráfico 21. Pruebas con ESP8266
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de Investigación.
Descripción: En el gráfico 21. Se muestra la conexión del módulo ESP8266 para la
configuración del módulo, de esta manera realizar la comunicación entre los sensores
con el software de Cayenne para el envío y recepción de la información captada.
55
6. Enfocarse en la estética del prototipo para un mejor aspecto y comodidad en su ubicación para el monitoreo.
Gráfico 22. Tarjetas y sensores montados en caja
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de Investigación.
Descripción: En el gráfico 22. Se muestra la conexión del módulo ESP8266 con los
sensores a usar dentro de una caja plástica para la protección de las tarjetas y una
cómoda instalación en una superficie adecuada para la captación de los sensores,
teniendo en cuenta que la fuente de alimentación para el prototipo es mediante
tomacorriente.
56
Operación:
El envío de los datos los realiza el equipo principal, es decir que para la medición de la
calidad de aire solo son necesarias las conexiones de las tarjetas arduino con los
sensores. Se presenta por pantalla la medición de los parámetros configurados en las
tarjetas Arduino, realizando el monitoreo de los niveles mediante pantalla. El sensor
necesita de unos minutos para adaptar su lectura y comprobar el estado normal del
ambiente en el área que se va a instalar:
Gráfico 23. Adaptación del sensor en prueba de aula
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León. Fuente: Datos de Investigación.
57
Descripción: En el gráfico 23. Se muestra el proceso de adaptación a los niveles
normales, el sensor podrá detectar en qué momento estos niveles sufran un cambio
debido a la concentración de los compuestos químicos contaminantes.
Gráfico 24. Datos obtenidos en monitoreo con sensor MQ-135
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de Investigación.
Descripción: En el gráfico 24. Se muestran los datos que fueron obtenidos en las
mediciones del aula 105, estos datos varían según la concentración de los compuestos
químicos contaminantes efectuando el monitoreo de la calidad del aire en el lugar desde
la plataforma web del servidor Cayenne.
58
Optimización:
Se realizan actualizaciones manuales de los datos en la plataforma constantemente
para mantener los datos actualizados sin ningún inconveniente, por parte los programas
open source no hay problemas.
Entregables del proyecto.
Se adjunta los siguientes entregables:
Código fuente de Sensores.
Acceso a la plataforma Cayenne mediante las credenciales del
administrador
Encuestas realizadas a las personas beneficiadas.
Pasos de la implementación.
Datos del monitoreo con muestras de pruebas realizadas.
Criterios de validación de la propuesta.
Durante las pruebas realizadas en diferentes sectores: auditorio, aula 102 y aula 105,
se pueden identificar los errores de programación o de captación del producto, en este
caso, el rendimiento de los sensores y de los equipos fueron satisfactorios para cumplir
con los objetivos que se presentaron en la propuesta como se ha ido detallando en los
gráficos en la etapa de la implementación dentro de la metodología PPDIOO.
Se realizó una encuesta para los usuarios finales quienes están involucrados en las
aulas de clases y son vulnerables a estos compuestos químicos contaminantes.
59
Pruebas de diseño:
Los equipos poseen un buen rendimiento garantizado por el fabricante desde su
adquisición, de manera que, el dispositivo se sincroniza automáticamente, es flexible
debido a que, la plataforma del servidor es gratuita. A pesar de ser un software libre le
brinda estabilidad al sistema.
Se realizó un esquema de los lugares donde se hicieron las pruebas de medición.
Gráfico 25. Lugares de medición
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Esquema realizado en CorelDraw.
A continuación, se da a conocer el procesamiento de los datos obtenidos con la
medición de la calidad del aire en las áreas correspondientes:
60
Cuadro N. 4 Datos de medición por pruebas.
Pruebas Lugar de
medición
Tiempo
de
medición
Parámetro
sensado
Sensor Nivel de
contaminación
(ppm)
Prueba 1 Aula 105 45
minutos
Alcohol y
Acetona,
CO.
MQ –
135
15.5-15.9
Prueba 2 Aula 102 75
minutos
CO MQ – 2 12.6-13.1
Prueba 3 Auditorio 60
minutos
Alcohol y
Acetona,
CO
MQ –
135
9.8-12
Prueba 4 Pasillo 20
minutos
CO MQ – 2 12-15
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos obtenidos con la medición del prototipo.
Análisis:
Como se puede visualizar en el cuadro N. 4. Los resultados de la medición están con la
unidad de medida en ppm, para identificar el estado en el que se encuentra el área
usando un convertidor se debe de realizar la conversión de ppm a mg/m3 dicho
convertidor forma parte de código Arduino por lo que la conversión la realiza el sistema,
teniendo en cuenta las siguientes variables:
Peso molecular del elemento sensado:
- Peso molecular de CO: 28.01 g/mol.
- Peso molecular de Ozono: 48 g/mol.
- Peso molecular de Alcohol: 46.07 g/mol.
- Peso molecular de Acetona: 58.08 g/mol.
Temperatura: oscilando entre 25 y 28 grados centígrados.
61
Presión: por defecto es 1013.25 mbar.
Una vez calculado el resultado en mg/m3 se determina en qué estado se encuentra el
área donde se realizó la medición. Aquí tenemos los rangos permitidos por la norma de
calidad del aire
En estado normal:
CO: menor a 15 mg/m3 en concentraciones de 480 minutos.
Por lo tanto, en base a los resultados se puede verificar que:
Cuadro N. 5 Estado de contaminación en Pruebas.
Pruebas Nivel de contaminación (mg/m3) Estado de contaminación
Prueba 1 27.88 Alerta
Prueba 2 14.43 Alerta
Prueba 3 22.57 Alerta
Prueba 4 11.16 Alerta
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos obtenidos con la medición del prototipo.
62
Datos de monitoreo
Cuadro N. 6 Estado de contaminación en Monitoreo de Sensor MQ-2.
Fecha de monitoreo Hora de monitoreo Valor Estado
24/9/2020 8:44:01 8,18299961 Alerta
24/9/2020 8:44:03 7,69600010 Alerta
24/9/2020 8:45:02 6,20800018 Alerta
24/9/2020 9:21:29 0,60299999 Normal
24/9/2020 9:21:30 0,51099998 Normal
24/9/2020 9:21:31 0,58499998 Normal
24/9/2020 12:47:58 11,43000031 Alerta
24/9/2020 12:47:59 12,90900040 Alerta
24/9/2020 12:48:02 11,27600002 Alerta
24/9/2020 15:19:46 2,68400002 Normal
24/9/2020 15:19:46 2,34400010 Normal
24/9/2020 15:19:45 2,45799994 Normal
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos obtenidos con la medición del prototipo.
Observación: Según los datos del monitoreo se puede visualizar que en cuestión de
segundos los valores se alteran de subida y bajada, en este sensor se captan los niveles
de contaminación para el monóxido de carbono, si se compara el valor obtenido con los
valores límites dados por la norma de calidad del aire se define como estado de alerta.
Se observa que en las horas donde suben los niveles concuerdan con las horas de
tráfico en las calles principales.
63
Cuadro N. 7 Estado de contaminación en Monitoreo de Sensor MQ-135.
Fecha de monitoreo Hora de monitoreo Valor Estado
25/9/2020 8:05:01 11,43299961 Alerta
25/9/2020 8:05:03 4,81599998 Alerta
25/9/2020 8:05:28 13,04199982 Alerta
25/9/2020 9:21:29 0,63499999 Normal
25/9/2020 9:21:30 1,76999998 Normal
25/9/2020 9:21:31 2,84999990 Normal
25/9/2020 12:04:38 7,80800009 Alerta
25/9/2020 12:04:38 8,36400032 Alerta
25/9/2020 12:04:39 7,80800009 Alerta
25/9/2020 14:06:02 11,43299961 Alerta
25/9/2020 14:06:03 11,98900032 Alerta
25/9/2020 14:06:03 22,57600021 Alerta
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos obtenidos con la medición del prototipo.
Observación: Según los datos del monitoreo se puede visualizar que en cuestión de
segundos los valores se alteran de subida y bajada, en este sensor se captan los niveles
de contaminación no solo para el monóxido de carbono, también para el alcohol y
acetona ya que son elementos que influyen en la humedad para poder realizar la
conversión de ppm a mg/m3 y de esta manera tener un cálculo exacto de la calidad del
aire, si se compara el valor obtenido con los valores límites dados por la norma de
calidad del aire se define como estado de alerta en su mayoría.
Se observa que en las horas donde suben los niveles concuerdan con las horas de
tráfico en las calles principales.
64
Procesamiento y análisis.
Encuestas:
Las encuestas se realizaron mediante la plataforma digital gratuita de Google Form para
la facultad de ciencias matemáticas y física ubicada en las calles Victor Manuel Rendón
y Córdova, a los estudiantes de la carrera de ingeniería en Networking y
Telecomunicaciones con un total de 46 estudiantes encuestados, obteniendo los
siguientes resultados.
Población: Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones.
Muestra: 46 estudiantes.
Para el análisis de la encuesta se realiza mediante un método no probabilístico como lo
es el diagrama de bola de nieves, debido a que no se tiene el número exacto de
estudiantes y personal de la facultad.
Resultados de encuesta realizada:
1. ¿Qué tan importante es para usted la calidad de aire en su área de estudio?
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León. Fuente: Datos de encuesta Google Form.
Muy
importante
Importante
Moderado
No tiene
50%
26,1%
15,2%
8,7%
Analisis:
Para la primera pregunta se obtuvieron
resultados con el 50% de personas
indicando lo muy importante que tiene
mantener una buena calidad de aire en un
área de estudio, a este dato le sumamos el
porcentaje adquirido por las personas que
sienten importante con un 26.1%, por lo
tanto, se puede afirmar que la necesidad de
un monitoreo es existente.
Gráfico 26. Pregunta 1
65
2. ¿En qué circunstancias usted cree que la calidad de aire es mala en su lugar
de estudio?
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de encuesta Google Form.
Todas las
anteriores
Cuando hay mal
olor
Cuando el aire
tiene componentes
que afecte la salud
Cuando hay humo
54,3%
17,4%
17,4%
10,9%
Analisis:
En la segunda pregunta se mide el
conocimiento de los afectados que
pueden detectar las circunstancias en
las que se encuentran vulnerables a los
compuestos químicos contaminantes
que pueden percibir teniendo un 54.3%
en todas las circunstancias entre ellas
cuando el humo llega con un 10.9% por
lo que, todos estos factores influyen en
la contaminación.
Gráfico 27. Pregunta 2
66
3. ¿Cree que un nivel bajo de calidad de aire afectaría a su salud?
Gráfico 28. Pregunta 3
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León. Fuente: Datos de encuesta Google Form.
Si
No
91,3%
8,7%
Análisis:
Dentro de los resultados obtenidos en
afectación de la salud y de lo importante
que es, teniendo una mala calidad de
aire se obtiene un 91.3% totalmente de
acuerdo, de tal manera, que se sienten
expuestos a que su salud sea afectada.
67
4. ¿Cuáles son para usted las principales fuentes de contaminación en su lugar
de estudio?
Gráfico 29. Pregunta 4
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León. Fuente: Datos de encuesta Google Form.
Transportes
pesados
Humo de
cigarrillos
Quema de
residuos
Automóviles
13%
15,2%
13%
58,7%
Análisis:
Para la cuarta pregunta, el estudio a evaluar
es el conocimiento que tienen los
estudiantes como fuentes de
contaminación, en donde un 58.7%
identifican que los automóviles generan
contaminación, humo de cigarrillos con
15.2% y transportes pesados el 13%
llegando a la conclusión de que es el mismo
elemento contaminante que perjudica la
salud.
68
5. ¿Reconoce algunos de los siguientes elementos químicos contaminantes?
Gráfico 30. Pregunta 5
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de encuesta Google Form.
O3 (Ozono)
CO - CO2
(Monóxido
- Monóxido
de carbono)
SO2
(Dióxido de
azufre)
NO2
(Dióxido de
nitrogeno)
Ninguna de
las
anteriores
2,2%
54,3%
2,2%
28,3%
Análisis:
En la quinta pregunta se decidió medir el
conocimiento de las personas según los
elementos químicos que ellos identifican
son contaminantes y perjudiciales para la
salud, como resultado el monóxido y dióxido
de carbono con un 54.3%, así mismo, los
otros elementos químicos de los cuales son
los sensores presentados en la propuesta
quienes medirán la calidad del aire mediante
sus parámetros.
13%
69
6. ¿De qué manera usted cree que afectaría a su salud el exponerse a un lugar
con contaminación en el aire?
Gráfico 31. Pregunta 6
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de encuesta Google Form.
Cáncer de
pulmón
Tos
Enfermedad
del corazón
Dolor de
cabeza
63%
19,6%
2,2%
15,2%
Análisis:
Una de las estrategias usadas en la sexta
pregunta es verificar los problemas que
pueden causar el estar expuestos a un aire
contaminado, en donde las respuestas
objetivas contienen todos los síntomas que
presentan de menor a mayor escala según
la concentración de contaminación en el
aire, teniendo un 63% el cáncer de pulmón
la respuesta de mayor escala, deduciendo
que la preocupación es considerablemente
grande.
70
7. ¿Cree usted que es importante que se controle la contaminación de aire en su
área de estudio?
Gráfico 32. Pregunta 7
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de encuesta Google Form.
Si
No
95,7%
4,3%
Análisis:
Con las dos últimas preguntas se
ingresa en la aceptación del monitoreo y
control de la calidad de aire, se obtuvo
un 95.7% de las personas encuestadas
el tener un sistema o red que permita
realizar el control de la calidad del aire
basados en la propuesta del proyecto de
titulación.
71
8. ¿Colaboraría usted con las medidas que se tomen en caso de que los niveles
de contaminación estén peligrando su salud?
Gráfico 33. Pregunta 8
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos de encuesta Google Form.
Si
No
97,8%
2,2%
Análisis:
Para la última pregunta, se formula a las
personas que conforman la facultad y que
son vulnerables a la contaminación si son
capaces de colaborar con las medidas que
se deben de tomar en caso de que exista
una contaminación en los lugares de estudio
donde se realizará el monitoreo de la calidad
de aire, ya que como lo dice la ley en caso
de que los niveles sean altos se deberán de
tomar las medidas según el nivel de alarma
o alerta que se identifiquen.
72
CAPÍTULO IV
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DEL PRODUCTO O SERVICIO
Criterios de diseño:
Cuadro N. 8 Criterios de diseño.
Criterios Cumplimiento
Medición del aire Los sensores captan los niveles de
contaminación mediante sus funciones
sin ningún problema, pasando por un
proceso de adaptación que dura dos
minutos antes de empezar la medición.
Obtención de datos mediante pantalla Los datos aparecen a nivel de pantalla
mediante la interfaz de Arduino donde se
puede visualizar la información.
Red de bajo consumo mediante IoT Los equipos utilizados son fabricados
para el uso de redes IoT, las cuales son
redes de bajo consumo.
Presentación de resultados Los resultados obtenidos están dentro de
los cuadros N. 6 y N. 7.
Elaboración: Joselyne Padilla y Johan León.
Fuente: Datos obtenidos con la medición del prototipo.
Como se puede visualizar en el cuadro N. 8 los criterios de diseño del producto fueron
analizados según las mediciones realizadas, obteniendo los resultados y el
cumplimiento de los objetivos planteados. De acuerdo con las especificaciones técnicas
de los productos que se han utilizado para la elaboración del proyecto se garantiza la
calidad de cada uno, de acuerdo al estudio previo realizado en la adquisición de equipos
que permitan a la red una buena captación de los niveles que conlleva el monitoreo de
la calidad del aire.
73
Conclusiones.
Para concluir, con los datos observados en las pruebas que se realizaron con el
funcionamiento del equipo se puede confirmar que el proceso de medición de la calidad
del aire no tiene problemas, en este caso se realizó mediante el módulo ESP8266 WIFI.
Todas las pruebas realizadas han sido muestras de la captación de los niveles
de contaminación, cabe recalcar que para un monitoreo y seguimiento de la
calidad del aire en la facultad es necesario instalarlo de manera fija para que la
medición sea realizada en más tiempo posible y por ende mayor precisión al
analizar los datos para determinar un estado de alerta, alarma o emergencia
según corresponda.
En el periodo de tiempo que se realizó la medición se obtuvo que efectivamente
hay un riesgo de contaminación en las áreas que se realizaron las pruebas, por
lo tanto, se debe de tomar las medidas de precaución necesarias para que esto
no aumente y con el tiempo afecte a las personas.
La efectividad del prototipo como tal es relativamente alta en comparación con
su costo de implementación, lo cual representa una buena inversión para
cualquier entidad o institución que desee implementarlo.
Con los datos obtenidos se comprueba la importancia de que instituciones donde
las personas realicen actividades por más de 5 horas en un lugar deberían de
realizar la implementación de este monitoreo con el fin de preservar la buena
salud de su personal y prevenir las enfermedades mencionadas.
74
Recomendaciones.
Según las pruebas realizadas en base al funcionamiento del prototipo se recomienda
medir la calidad del aire en horarios de tráfico denominado “horas pico”, de esta
manera tomar medidas de prevención para la salud.
Pueden realizarse mejoras de captación de niveles de contaminación para extender
el rango y mayor eficacia como, por ejemplo: usar más sensores y tarjetas para
distribuirlas en diferentes sectores de las aulas de clase, de esta manera se abarcaría
más distancias de medición.
Se recomienda que la instalación se realice usando un sensor por tarjeta ESP8266,
para un mejor desempeño de la conectividad de la red, ya que la comunicación entre
el sensor y la plataforma Cayenne sea estable, al recargar la tarjeta con más
sensores puede provocar demoras en el tiempo de respuesta.
Estudiar el sector en donde se va a realizar la implementación, debido a que si no
existe una gran demanda de vehículos o factores que influyan en la contaminación
del aire no sería necesario adquirir el prototipo como monitoreo de la calidad del aire.
75
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78
Anexos.
Anexo 1.
Encuesta.
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
TEMA:
ANÁLISIS E IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DE BAJO CONSUMO DE AMPLIA COBERTURA PARA LA MEDICIÓN DE CALIDAD DE AIRE DEL EDIFICIO DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
DESCRIPCIÓN:
Esta tesis va enfocada en la implementación de una red para la medición de calidad de aire de nuestro edificio, para que tanto estudiantes como docentes puedan realizar sus actividades en un ambiente libre de contaminación.
1. ¿QUÉ TAN IMPORTANTE ES PARA USTED LA CALIDAD DE AIRE
EN SU ÁREA DE ESTUDIO?
o No tiene
o Moderada
o Importante
o Muy Importante
2. ¿EN QUE CIRCUNSTANCIAS USTED CREE QUE LA CALIDAD DE
AIRE ES MALA EN SU LUGAR DE ESTUDIO?
o Cuando hay humo
o Cuando el aire tiene componentes que afecte la salud
o Cuando hay mal olor
o Todas las anteriores
79
3. ¿CREE QUE UN NIVEL BAJO DE CALIDAD DE AIRE AFECTARÍA A SU SALUD?
o Si
o No
4. ¿CUÁLES SON PARA USTED LAS PRINCIPALES FUENTES DE
CONTAMINACIÓN EN SU LUGAR DE ESTUDIO?
o Automóviles
o Quema de residuos
o Humo de cigarrillos
o Transportes pesados
5. RECONOCE ALGUNOS DE LOS SIGUIENTES ELEMENTOS QUÍMICOS CONTAMINANTES
o O3 (ozono)
o CO - CO2 (monóxido - monóxido de carbono)
o SO2 (dióxido de azufre)
o NO2 (dióxido de nitrógeno)
o Ninguno de los anteriores
6. ¿DE QUÉ MANERA USTED CREE QUE AFECTARÍA A SU SALUD EL
EXPONERSE A UN LUGAR CON CONTAMINACIÓN EN EL AIRE?
o Dolor de cabeza
o Enfermedad al corazón
o Tos
o Cáncer de pulmón
7. ¿CREE USTED QUE ES IMPORTANTE QUE SE CONTROLE LA
CONTAMINACIÓN DE AIRE EN SU ÁREA DE ESTUDIO?
o Si
80
o No
8. ¿COLABORARÍA USTED CON LAS MEDIDAS QUE SE TOMEN EN
CASO DE QUE LOS NIVELES DE CONTAMINACIÓN ESTÉN PELIGRANDO SU SALUD?
o Si
o No
81
Anexo 2.
Conexiones de los equipos
82
Anexo 3.
Prototipo para instalación
83
Anexo 4.
Prototipo instalado en lugar estratégico de Aula 102
84
Anexo 5.
Prototipo instalado en lugar estratégico de Aula 105
85
Anexo 6.
Lecturas del sensor MQ-2 mediante Arduino.
86
Anexo 7.
Lecturas del sensor MQ-135 mediante Arduino.
87
Anexo 8.
Visualización de monitoreo desde plataforma Cayenne Sensor MQ-135.
88
Anexo 9.
Visualización de monitoreo desde plataforma Cayenne Sensor MQ-2.
89
Anexo 10.
Base de datos con reporte de monitoreo por fecha y hora almacenada por Cayenne.
90
Anexo 11.
Archivo de Excel con reporte de monitoreo descargado desde Cayenne.