c a p Í t u l o i v r e s u l t a d o s d e l a i n v e s
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C A P Í T U L O I V
R E S U L T A D O S D E L A I N V E S T I G A C I Ó N
50
CAPÍTULO IV
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
En esta etapa se presentan los resultados obtenidos por la investigación
aplicando las técnicas e instrumentos mencionados en el capítulo anterior.
Se realiza un profundo análisis de los datos conseguidos así como se
desarrollan cada una de fases de la metodología establecida.
1. ANÁLISIS DE LOS DATOS A continuación se exponen el conjunto de ideas, resultados y
descripciones a las cuales se llegó con el proyecto realizado. El sistema de
monitoreo diseñado tiene como principal objetivo determinar la presencia o
ausencia de agua en un acueducto, para esto se utiliza un sensor, el cual al
obtener una señal transmite esa información de manera inalámbrica por
medio de la tecnología OFDM hasta una estación maestra que puede estar
en la planta hidrológica. Este sistema de monitoreo permite reducir
considerablemente el tiempo que tarda la empresa hidrológica en darse
cuenta de la presencia de una avería en determinado sector de la ciudad, y
como consecuencia de ello, se reducen otros tiempos como el de respuesta
y una mejor atención al cliente.
51
1.1. DESARROLLO DE CADA FASE DE LA METODOLOGÍA La información obtenida se explica mediante el desarrollo de las seis (6)
fases de la metodología seleccionada de Savant (2000) y Angulo (1999) que
a continuación se realiza. Todas estas fases se desarrollan a través de cada
una de las labores establecidas en el cuadro de actividades y recursos, con
la finalidad de cumplir con los objetivos que cada una posee.
FASE I. DEFINIR EL PROBLEMA
En la Fase I, cuyo título es “Definir el Problema”, se establecieron las
actividades de análisis de las especificaciones técnicas de equipos y
maquinarias existentes así como la descripción del sistema de monitoreo
actual, con la finalidad de cumplir con el objetivo de analizar el sistema que
actualmente se utiliza para el monitoreo del suministro de agua potable.
Estas actividades se realizaron a través los siguientes recursos: observación
participante, manuales técnicos y lista de cotejo.
Haciendo referencia a la compañía que presta el servicio como a las
plantas y embalses de la región, se tiene que HIDROLAGO es una compañía
anónima cuyas siglas significan Hidrológica del Lago de Maracaibo, es una
filial de HIDROVEN, la principal Hidrológica de Venezuela. Esta empresa es
la encargada del suministro de agua potable en el estado Zulia. Existen
cientos de ríos que surten los cuatro (4) principales embalses con los que
cuenta la hidrológica, permitiendo una capacidad de almacenamiento en
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conjunto de aproximadamente 704,80 millones de metros cúbicos de agua.
Estos embalses reciben el nombre de: Tulé, Manuelote, Burro Negro y
Machango.
El embalse Tulé fue construido durante los años 1964 - 1971 y es uno de
los reservorios de agua dulce que conforman el sistema hidráulico “Luciano
Urdaneta” junto al embalse de Manuelote. Está ubicado a 80 kilómetros al
noroeste de Maracaibo, específicamente en el Municipio Mara. Su capacidad
de almacenamiento supera los 267,80 millones de metros cúbicos y posee
una superficie de 5.171 hectáreas, a nivel normal. Su fuente de
abastecimiento es el Río Cachirí, su vida útil es de 100 años
aproximadamente y junto a Manuelote proveen de agua cruda a la Planta
Potabilizadora “Alonso de Ojeda”, para luego ser distribuida como agua
potable a las poblaciones de Maracaibo, norte de San Francisco, Jesús
Enrique Losada, Santa Cruz de Mara, Miranda y el Complejo Petroquímico El
Tablazo.
El embalse Manuelote fue construido durante los años 1.972 – 1.975 y es
una de las presas que conforman el sistema hidráulico “Luciano Urdaneta”
junto al embalse de Tulé. Está ubicado en la parroquia Monseñor Godoy, en
el Municipio Mara, a unos 100 kilómetros de Maracaibo. Su capacidad de
almacenamiento alcanza los 211,55 millones de metros cúbicos de agua y
posee una superficie de 2.209 hectáreas. Su fuente de abastecimiento es el
Rio Socuy, está conectado a Tulé por medio del canal de trasvase y juntos
proveen de agua cruda a la Estación de Bombeo “Tulé”, donde es conducida
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hasta la Planta Potabilizadora “Alonso de Ojeda”, mejor conocida como
Planta C, para luego ser distribuida como agua potable a las poblaciones de
Maracaibo, norte de San Francisco, Jesús Enrique Losada, Santa Cruz de
Mara y Miranda.
El embalse Burro Negro fue construido durante los años 1958 - 1960 y es
uno de los reservorios de agua que abastece a los principales municipios de
la Costa Oriental del Lago. Está ubicado a 4 kilómetros aguas arriba de la
carretera Lara – Zulia, en el municipio Lagunillas. Su capacidad de
almacenamiento es de 76 millones de metros cúbicos y posee una superficie
de 1000 hectáreas. Su fuente de abastecimiento son Río Chiquito y Río
Grande, y provee de agua cruda a la Planta Potabilizadora “Pueblo Viejo”, la
cual abastece de agua potable a los municipios Santa Rita, Cabimas, Simón
Bolívar y Lagunillas.
El último embalse es el de Machango, el cual abastece los Municipios
Valmore Rodríguez y Baralt, fue construido durante los años 1985-1988, y es
uno de los reservorios de agua dulce más importante de la Costa Oriental.
Está ubicado a 2 kilómetros al este del puente Machango en la carretera
Lara-Zulia. Su capacidad de almacenamiento es de 109,3 millones de metros
cúbicos y posee una superficie de 1.180 hectáreas. Su fuente de
abastecimiento es el Río Machango. Su vida útil es de 100 años
aproximadamente y provee de agua cruda a la Planta “General en Jefe
Rafael Urdaneta”, para luego ser distribuida como agua potable a las
poblaciones de Bachaquero, Mene Grande, Pueblo Nuevo, El Venado, entre
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otras.
Además de los embalses, HIDROLAGO cuenta principalmente con siete
(7) plantas de potabilización: Alonso de Ojeda (Planta “C”), Planta “B”, El
Tablazo, Machiques, Casigua El Cubo, El Brillante, y Pueblo Viejo.
La Planta de Potabilización Alonso de Ojeda (Planta “C”) fue construida
en 1968 por el Instituto Nacional de Obras Sanitarias (INOS). Está ubicada
en el sector Las Mercedes del Municipio Maracaibo, y utiliza como fuente de
abastecimiento el embalse Tulé. Actualmente las labores de operación y
mantenimiento de dicha planta son realizadas por la Hidrológica del Lago de
Maracaibo, la cual cuenta con un equipo humano que se encarga a través de
un análisis físico, químico, microbiológico y un largo proceso de desinfección
del agua, para que esta se haga apta pata el consumo humano, industrial y
comercial. El tratamiento que se brinda en esta planta permite abastecer al
Municipio Maracaibo, zona norte de San Francisco, La Concepción y Jesús
Enrique Losada. Planta C tiene una capacidad de almacenamiento y
distribución de 7.200 litros por segundo.
La Planta de Potabilización (Planta “B”) es uno de los centros de
potabilización que surte a gran parte del sur de la ciudad de Maracaibo, y
que pertenece al sistema de tratamiento de agua potable con que cuenta la
región zuliana es la Planta B ó Campo 1. Construida en 1953 por el Instituto
Nacional de Obras Sanitarias (INOS), se encuentra ubicada en el Km. 12 de
la Vía Perijá en el Municipio San Francisco, la misma se abastece de los
Campos de Pozos que extraen el agua desde nuestros acuíferos naturales.
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En esta Planta se brinda un tratamiento al agua que incluye las fases de
aireación y sedimentación, donde el personal de Operación y Mantenimiento
de HIDROLAGO, se encarga de aplicar las sustancias químicas necesarias
como: Sulfato de Aluminio y Cloro, para desinfectarla. Con una capacidad de
bombeo de 1.200 litros por segundo, Planta B permite suministrar agua cien
por ciento apta para el consumo humano a las zonas sur de San Francisco y
a los sectores: El Bajo, Aeropuerto de la Chinita, Base Aérea Rafael
Urdaneta, La Polar, El Caujaro, El Samán, entre otros.
La Planta de Tratamiento El Tablazo, está ubicada en los Puertos de
Altagracia, Municipio Miranda. La Hidrológica del Lago de Maracaibo es la
encargada de su operación y mantenimiento utilizando sustancias químicas
para el tratamiento del agua, como: sulfato de aluminio, cloro, y cal hidratada,
cumpliendo de esta forma un estricto proceso de desinfección del vital
recurso. Esta planta, data del año 1975, y posee una capacidad de operación
de 3.200 litros por segundo que permiten abastecer a los Municipios Miranda
y Santa Rita.
La Planta de Tratamiento Machiques, está ubicada en el Municipio Perijá
del Estado Zulia y utiliza como fuente para abastecerse, el río Apón y Campo
de Pozo. Fue construida en 1963 y posee una capacidad de operación de
322 litros por segundo. Esta planta surte a toda la población de Machiques y
cumple sus fases de tratamiento realizando para ello el respectivo análisis
físico, químico y bacteriológico.
La Planta de Tratamiento Casigua El Cubo, fue construida en 1992 y está
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localizada en el Municipio Jesús María Semprún del Estado Zulia, y tiene una
capacidad de operación de 50 litros por segundo. Esta planta se abastece
del río Tarra, utilizando para el tratamiento del agua: cloro, cal hidratada y
sulfato de aluminio, cumpliendo eficazmente con las fases de sedimentación
y filtración en el proceso potabilizador del agua que consumimos.
La Planta de Potabilización El Brillante, se encuentra ubicada en la
Guajira, en El Cerro (El Brillante), del Municipio Páez. Esta planta permite
servir a las poblaciones de Sinamaica y Paraguaipoa del mencionado
municipio. Su construcción data de 1978 y tiene una capacidad de 1.200
litros por segundo.
Finalmente la Planta de Tratamiento Pueblo Viejo, está ubicada en el
Municipio Lagunillas en la carretera Lara – Zulia, sus fuentes de
abastecimiento son Río Chiquito y Río Grande. Fue construida en el año
1959 y tiene una capacidad de operación de 3.200 litros por segundo. Brinda
un tratamiento que abarca los procesos de Clarificación – Floculación,
Filtrado y Desinfección. Ofrece servicios a la población de Lagunillas, Simón
Bolívar, Cabimas, Santa Rita y parte de Valmore Rodríguez.
Las instalaciones de HIDROLAGO cuentan con cincuenta y cinco (55)
Estaciones de Bombeo que se encargan de impulsar el agua proveniente de
los embalses hacia las 11 plantas de tratamiento en donde se limpia y
desinfecta a través de procedimientos químicos, haciéndola apta para el
consumo humano. Las plantas contabilizan un total de 12.793,5 litros de
agua por segundo para el beneficio de más de 2.854.034 millones y medio
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de habitantes. Las otras cuatro (4) plantas de tratamiento son: Rafael
Urdaneta, La Rosita, Santa Cruz, y la Paz. Después de potabilizada el agua
se almacena en grandes estanques, para ser enviada desde las redes de
distribución a cada hogar zuliano.
En referencia al análisis de las especificaciones técnicas de equipos y
maquinarias existentes, se tiene que el agua potable se distribuye a los
domicilios e industrias a través de una red de acueductos que conectan a la
red pública de distribución con la red domiciliaria de distribución. Está agua
ya potable puede fluir por las tuberías por la fuerza de gravedad o también
por la presión de bombas impelentes. Para que se pueda consumir el agua
se debe llevar a cabo un proceso en el cual se eliminen todos los solutos que
perjudiquen la salud humana.
Con base en lo señalado, la Organización Mundial de la Salud (OMS)
financió la ejecución de un proyecto y la preparación de estudios de plantas
modulares de tratamiento de agua, en el que se pretende presentar una
metodología de selección de procesos de tratamiento de agua en función del
grado de desarrollo de la comunidad o región, la capacidad de las empresas
administradoras de los sistemas y la calidad del agua cruda; así como poner
en consideración de los países soluciones tipificadas de plantas de
tratamiento de agua para los medios urbano y rural.
A continuación se presenta un plano de la ciudad de Maracaibo con sus
respectivos acueductos, válvulas, hidrantes, entre otros elementos que
integran la red de distribución de agua.
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Figura 3. Plano de la Red de Acueductos de la ciudad de Maracaibo.
Fuente: HIDROLAGO (2010).
Los resultados de la aplicación de la lista de cotejo (Ver anexo A)
muestran que a pesar de que HIDROLAGO realiza supervisión del
abastecimiento de agua en tiempo real en los distintos sectores de la ciudad
de Maracaibo y de que realiza mantenimiento preventivo a los equipos
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utilizados, siempre ocurren averías con frecuencia por diversas razones.
La falta de un sistema de monitoreo en la empresa hidrológica ocasiona
que la misma no sepa de forma inmediata el momento en el que se produce
una avería en determinado sector, ya que normalmente se enteran en el
momento que llega el reclamo del cliente.
En base a todo lo señalado, se observa la importancia que tiene el diseño
de un sistema de monitoreo del suministro de agua potable para la empresa
hidrológica, pues reduciría el tiempo que tarda la empresa en enterarse de
una avería además que la información obtenida sería certera y específica.
Teniendo en cuenta que una de las principales responsabilidades de toda
compañía es la satisfacción del cliente, en este aspecto el sistema de
monitoreo ayudaría pues las personas afectadas por la avería tendrán en
menos tiempo el reabastecimiento del servicio, lo que mejoraría la imagen de
la organización significativamente.
Para el desarrollo de este proyecto, se han tenido en cuenta factores tales
como: la simplicidad en el diseño, bajo costo de construcción y operación, los
niveles tecnológicos disponibles, la disponibilidad de fuentes de
aprovisionamiento de agua, los recursos materiales necesarios, los recursos
humanos y administrativos existentes, la calidad del agua cruda, los tipos de
comunidades a ser revisadas, entre otros. Cada destacar que para la
implantación de este sistema de monitoreo, el gasto sería un poco elevado
pero el mismo sería retribuido con el paso de los años y la mejora
significativa del servicio.
60
FASE II. DEFINICIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES
En esta fase se define con la mayor exactitud posible el funcionamiento
del sistema de monitoreo a desarrollar, estableciendo las especificaciones de
los componentes a utilizar, sus características técnicas así como también los
requerimientos mínimos que se necesiten para la construcción del sistema.
Con respecto al funcionamiento del sistema de monitoreo que se quiere
desarrollar en esta investigación es representado por un proceso continuo y
sistemático mediante el cual se verifica la eficiencia y la eficacia del
suministro de agua potable.
De ésta forma, la cantidad de agua que pasa por las tuberías se detecta por
un sensor de flujo, el cual recolecta y transmite una serie de datos al radio
transmisor que trabaja con tecnología MIMO-OFDM, esta señal pasa por una
serie de obstáculos sin interrumpirse y cuando finalmente llega al radio
receptor esos datos son entregados a la central, lo cual es reflejado
inmediatamente en un computador donde previamente se configuró un
sistema que indica el estado de la señal, si hay pérdida o ganancia de la
misma.
Así mismo, a través de un tablero se evidencia si hay agua fluyendo o no,
igualmente se muestra a través del tablero una advertencia para que el
personal encargado tome las medidas pertinentes, según sea el caso. A
continuación se presenta la figura 4, un diagrama de flujo que describe el
funcionamiento del sistema.
61
Figura 4. Funcionamiento del Sistema de Monitoreo. Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
Señal
Tubería Madre
Sensor de Flujo
Radio Transmisor
Obstáculo
Central
Radio Receptor
¿Agua fluyendo?
Tablero Indicador
SI
Se muestra el sector de la ciudad
Advertencia
NO
Personal Toma Medidas
62
Para poner en funcionamiento dicho sistema de monitoreo cuyo proceso ya
se explicó, se necesita una serie de componentes que relacionados darán
vida a este proyecto, estos componentes juntos con sus especificaciones se
mencionan a continuación en el siguiente cuadro.
Cuadro 2 Elementos de la Arquitectura de la Red
Componente Cantidad Especificaciones Uso
Módulos de Suscriptor (SM) Serie PMP 430
32
-Volumen de transferencia de 4 a 40Mbps y ampliable dependiendo de la arquitectura. -Baja latencia de 3,5ms. -Alcance hasta 15 millas y extendible a 64 millas con un reflector pasivo o LENS. -Tecnología MIMO.
Como radio transmisor desde los diferentes sectores
de la ciudad hasta la central hidrológica.
Puntos de Acceso (AP) Serie PMP
430
1
-Rendimiento de la solución PMP 430. -Se comunica con un total de 200 SM. -Capacidad de agregación típica mayor a 45 Mbps. -Ancho de canal: 10 MHz & 20 MHz. -EIRP: 5,8 GHz a 36 dBm y 5,4 GHz a 30 dBm. -Encripción AES certificada por FIPS 197. -Consumo de energía: < 20 W por Sector AP. -Tecnología OFDM.
Como radio receptor de todos los SM.
Módulo de Gestión de
Cluster Micro (CMMmicro)
1
-Alimentación de 24V DC @ 3,5 Amp Típica (4,0 Máx Amp). -Separados 115/230 VAC a 24VDC convertidor de energía. -Temperatura de operación de -40ºF a +131ºF. -Humedad de funcionamiento 100% sin condensación. -Dimensiones: 12,00” H x 10,00” W x 3,00” D aproximadamente. -Peso: 8,0lbs aproximadamente.
Provee sincronización GPS al AP y a todos los
SM relacionados. El CMMmicro provee
alimentación, sincronización GPS y conexión de red para clusters AP.
2210 Gateway Netopia ADSL2+
1
-Interfaces WLAN ADSL2+ y LAN un puerto Etherner 10/100 con auto-MDIX. -Soporte de ADSL: ANSI T1.413 Edición 2. -Soporte Técnico del Protocolo de Red: RFC 2516 PPP sobre Ethernet (PPPoE) y RFC 2364 PPP sobre ATM (PPPoA). -Direccionamiento de paquetes: IPv4, rutas estáticas, RIP1 y RIP2. -Temperatura de operación de 32ºF a +104ºF. -Humedad relativa de 5 a 90% sin condensación. - Dimensiones: 4,4” H x 3,4” W x 1,2” D aproximadamente.
Brinda la seguridad necesaria a la red a
través de firewall además de permite el acceso a la red a
alta velocidad.
63
Cuadro 2 (Cont…)
Componente Cantidad Especificaciones Uso
RFS 7000 Wireless RF
Switch 1
-Calidad de Servicio (QoS) inalámbrica optimizada bajo el estándar 802.11k. -Adaptabilidad con AP bajo los estándares 802.11a/b/g/n. -Temperatura de operación de 0ºC a 40ºC. -Humedad relativa de 5 a 85% sin condensación. - Dimensiones: 44,45mm H x 440mm W x 390,8mm D aproximadamente.
Direccionamiento y enrutamiento
de datos entre el Gateway e
Internet.
HP ProLiant DL370 G6
Servers 2
-Procesador Inter Xeon 5500 Series, Quad-Core and Dual-Core Processors, 8 MB (1 x 8 MB) Level 2 cache. -Máxima velocidad del procesador: 2,93. -Memoria 144 GB RDIMM 24 GB UDIMM. -Ranuras de Expansión: 9 Available PCI-Express Generation 2 slots. -Número máximo de Hard Drive: 24. -Factor de forma: Rack or Tower. -Peso del Rack: 4U. -Multiprocesador: 2. -Garantia de 3 años.
Servidores de Destino y de
RADIUS.
Computadora Personal HP:
Modelo Compaq
8100 Elite.
1
-Procesador: Intel® Core™ i5-660 Processor (3.33 GHz, 4 MB total cache). -Chipset: Intel® Q57 Express. -Memoria RAM: 2 GB1333 MHzDDR3 SDRAM. -Tarjeta de Video: NVIDIA Quadro NVS 290 (256 MB DH). -Monitor LCD HP LE1901wi 19-inch Widescreen. -PS/2 Mouse/Keyboard/Mouse Pad Kit HP (KF886AT).
Administrar la red mediante de la utilización del software what´s
up.
Software What’s up 1
-Alto rendimiento predictivo y preventivo de control de las redes y la infraestructura de sistemas y los servicios básicos de IP 24/7. -Red altamente flexible, automatizada y completa detección y correlación. -Una potente plataforma de gestión de alertas, con alarmas, alertas y capacidades fácil de usar de notificación en tiempo real de las operaciones de apoyo. -Rápida navegación intuitiva con la Web y Windows, consolas de seguridad hermética y gestión configurable basado en roles. -Una plataforma instalada en cuestión de minutos y está diseñado para ser simple e intuitivo de usar nada más al sacarlo de la caja.
Administración de la Red.
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
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Cuadro 3 Componentes de los Circuitos
ELEMENTO CANTIDAD Resistencias de ½ W de 10K? . 1 Resistencias de ½ W de 1K? . 5 Potenciómetro de 10K? . 1 Puente rectificador. 1 Capacitores electrolíticos de 4700µF. 2 Capacitores cerámicos de 0,1µF. 5 Interruptores. 2 Bloque terminal. 1 Transformador de 24V con toma central. 1 Transistores BJT NPN 2N3904. 1 Diodos de Silicio: 1N4007. 4 Fusible de 1,5A con su porta-fusibles. 1 Regulador de voltaje de 12V LM7812. 1 Regulador de voltaje de -12V LM7912. 1 Regulador de voltaje de 5V LM7805. 1 Leds verdes 2 Relé de 12V 1 Electrodos 2 Amplificador operacional LM741 1
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
Toda esta información se obtuvo a través de los manuales técnicos que
ofrecen las diferentes empresas utilizadas. Estos equipos se seleccionaron
mediante el análisis los requerimientos de la red y de los resultados de las
entrevistas no estructuradas (Ver anexo B), donde se pudo conocer que la
supervisión de los diversos sectores de la ciudad se realiza de manera
presencial cada cierto tiempo, de tal forma que no hay un monitoreo en
tiempo real que permita supervisar el suministro de agua potable. La
supervisión actual es rudimentaria y se realiza en muy pocos sectores,
ameritando el traslado de los trabajadores hasta el sitio.
Así mismo se evidencio la necesidad de contar con un sistema con
65
tecnología de punta, que les permita verificar toda la red de agua en tiempo
real, donde las personas entrevistadas en HIDROLAGO resaltaron que la
tecnología MIMO-OFDM será de gran utilidad, de igual forma ellos están
dispuesto a adquirir los equipos necesarios para que el sistema de monitoreo
que se quiere presentar en este trabajo de investigación, funcione
correctamente y sea efectivo dicho sistema, a su vez creen necesario y
pertinente instruir al personal para el manejo correcto de dicho sistema,
logrando que los mismos sean capaces de entender y reaccionar ante las
diferentes situaciones o alertas que el sistema pueda arrojar.
FASE III. ESQUEMA GENERAL DEL HARDWARE
Esta fase define el hardware que compone el sistema de monitoreo,
compuesto principalmente por un sensor de detección de agua, conectado a
una red inalámbrica basada en el estándar IEEE 802.11g. En la figura 5 se
aprecia el esquema general del hardware.
Figura 5. Esquema General del Hardware.
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
Acueducto
Sensor de Detección de Agua
Transmisor MIMO OFDM
Receptor MIMO OFDM
Estación de
Monitoreo
66
A continuación se presenta en la figura 6 el diagrama del circuito de las
fuentes de alimentación 12, 5 y -12 voltios, la cual se utiliza para energizar el
sensor de detección de agua.
Figura 6. Circuito de las fuentes de alimentación de 12V, 5V y -12V.
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
Las fuentes funcionan de la siguiente manera:
El interruptor SW1 permite apagarla y encenderla ya que es la conexión
entre la fuente diseñada y la toma de corriente, el fusible F1 sirve de
protección del transformador a altas corrientes, el transformador T1
transforma el voltaje de entrada (110VRMS) a 24V, y utilizando la toma central,
se trabaja con 12V. Estos 12V se conectan a las entradas analógicas del
puente rectificador, que como su nombre lo indica rectifica la señal de
entrada, aunque no por completo, para lograr eso se utilizan los capacitores
C1 y C2. Los demás capacitores se usan como protección de los reguladores
67
de volta jes, al igual que los diodos D3, D4 y D5. Las resistencias R1 y R2
protegen los leds D1 y D2 respectivamente, los cuales indican que las
fuentes están encendidas.
Se establece 14,5V como el voltaje mínimo de los capacitores C1 y C2,
suficiente voltaje para que los reguladores 7812 y 7912 operen pues esos
son sus voltajes mínimos de entrada. Se calcula el voltaje máximo a través
de un LVK (Ley de Voltajes de Kirchhoff), en la malla que conecta media
parte del transformador, un diodo del puente, y uno de los condensadores,
como se muestra a continuación:
(1)
Teniendo ya los voltajes máximos y mínimos de los condensadores C1 y
C2, se calcula el voltaje de rizado:
(2)
Finalmente se calcula la corriente máxima de salida de la fuente con la
siguiente ecuación, donde T es el medio periodo obtenido por la frecuencia
de 60Hz.
(3)
La corriente obtenida en la ecuación 3 es suficientemente alta para
alimentar diferentes tipos de circuitos, como el sensor de detección de agua
que se muestra en la figura 7.
La fuente de 5V producida por el regulador 7805 funciona simplemente al
recibir el voltaje necesario de 12V del regulador 7812.
En la figura 7 se observa el diagrama del circuito del sensor de detección
68
agua.
Figura 7. Circuito del Sensor de Detección de Agua.
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
El sensor de detección de agua está basado en un amplificador
operacional (IC1) configurado como un comparador de voltaje. El
potenciómetro VR1 se encuentra conectado en serie a las resistencias R2 y
R3, y su punto central a la entrada no inversora del opam permitiendo
controlar la corriente de salida, para que sea suficientemente pequeña
cuando el interruptor 1 esté abierto, y no accione el relé. El diodo D1
colocado en paralelo a la bobina del relé se utiliza como protección. El
interruptor 1 representa los electrodos anticorrosivos que están dentro del
acueducto.
El interruptor abierto representa la ausencia de líquido en el acueducto,
por lo que hay una resistencia en la entrada inversora del opam que
69
suministra casi todo el voltaje de la fuente a dicha entrada, siendo este
voltaje mayor que el presentado en la entrada no inversora. A la salida del
opam se tendría entonces -12V y el transistor Q1 no trabajaría por estar en la
región de corte, por lo cual el relé RL1 no conmutaría.
Al haber presencia de agua en la tubería, el interruptor 1 se cierra
llevando la entrada inversora del opam a tierra, lo cual produce que el voltaje
de la entrada inversora sea menor al de la no inversora, lo que cambiaría el
voltaje de salida del opam a 12V, suficiente para que el transistor Q1 entre
en la región activa y suministre una corriente que activé el relé y obtener una
salida de 5V necesarios para transmitir a través de la red OFDM.
FASE IV. DESARROLLO DEL SOFTWARE
Esta fase comprende el proceso de programación de cada componente
del sistema de monitoreo que lo requiera, así como el diseño y desarrollo de
la interfaz del software a utilizar por el operador del sistema.
Para llevar a cabo todo esto, es necesario recalcar que el tipo de
topología para diseñar la red que más se adecua a este proyecto es el de
Red de Estrella Jerárquica, en la cual las estaciones están conectadas
directamente a un punto central y todas las comunicaciones se han de hacer
necesariamente a través de éste y que están dispuestos en forma de
cascada, formando así una red jerárquica, o en otras palabras formando un
enlace Punto a Multipunto (PMP), como se puede apreciar en la figura 7, que
se muestra a continuación.
70
Figura 8. Red de Estrella Jerárquica.
Fuente: Motorola, Inc. (2010).
Se puede observar en el Cuadro 2 que la mayoría los equipos utilizados
pertenecen a la empresa Motorola principalmente por ser la pionera en
promover la tecnología MIMO-OFDM, pero además de esto, las redes de
acceso inalámbrico de Motorola nos brindan las siguientes características:
• Tolerancia a la interferencia (líder en la industria): Las soluciones de
redes de acceso de Motorola incluyen sincronización GPS para atenuar la
autointerferencia y obtener la mejor relación comunicación/interferencia (C/I).
• Instalación rápida y simple: Los puntos de acceso y los módulos de
suscriptor ofrecen herramientas de alineación muy fáciles de usar y no
requieren sala de equipos o área controlada por el entorno en el sitio donde
71
se encuentre instalada la torre.
• Rendimiento de hardware confiable y perdurable: Los equipos Motorola
funcionan con un sistema de refrigeración y calefacción pasivo. Este diseño
permite una mayor confiabilidad y disponibilidad durante largos períodos.
• Rendimiento en campo acorde a las expectativas: Las especificaciones
de rendimiento son afirmaciones del rendimiento en campo real y no del
rendimiento en condiciones de laboratorio en interiores sin ruido.
• Escalable a medida que crece la base de suscriptores: La
sincronización por GPS permite a los operadores construir redes que crezcan
a medida que se incorporan nuevos suscriptores y se incrementa la demanda
y la densidad de la red o a medida que los operadores expanden sus redes
hacia nuevas áreas.
Todos estas son algunas de las innumerables ventajas que ofrece
Motorola, ahora la selección de los modelos de equipos a utilizar se hizo en
base a sus características y su correspondencia con la red a diseñar.
El sensor de detección de agua envía la señal de 5V a un cable blindado
para exteriores que cumple con normas de la categoría 5 y 5e, y que
posteriormente se conecta al Módulo del Suscriptor (SM) correspondiente a
la serie PMP 430 al igual que el Punto de Acceso (AP) (Ver anexo C). El SM
utiliza la tecnología MIMO para la transmisión y recepción de datos, voz, y
video; este dispositivo se encontrará en determinado sector de la ciudad y se
comunicará únicamente con el AP localizado en la estación Maestra.
72
Figura 9. Localización de los SM y AP.
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales. (2010).
En la figura 8 se puede observar la localización de los 32 SM y del AP en
el edificio de HIDROLAGO. El número de SM a utilizar se determinó
analizando los diferentes acueductos y válvulas de la red de suministro de
agua potable, en distintos sectores de la ciudad. A continuación se presenta
el cuadro 4 con las características de cada SM.
73
Cuadro 4 Descripción de los SM
SM Parroquia Descripción Latitud Longitud Distancia
al AP (millas)
1 Cristo de Aranza Sector Haticos 10°36'4.98"N 71°37'13.92"O 4,00 2 Cristo de Aranza Sector Pomona 10°37'37.46"N 71°37'53.23"O 2,74 3 Manuel Dagnino Urb. Lago Azul 10°37'2.59"N 71°39'5.20"O 4,17 4 Manuel Dagnino Barrio Brisas del Sur 10°36'6.50"N 71°37'54.35"O 4,23
5 Luis Hurtado Higuera
Barrio Los Robles 10°35'37.43"N 71°39'27.26"O 5,64
6 Luis Hurtado Higuera
Barrio José Gregorio Hernández
10°36'46.52"N 71°39'45.48"O 4,95
7 Luis Hurtado Higuera
Sector Alicia de Lusinchi 10°35'44.11"N 71°41'17.13"O 7,05
8 Cecilio Acosta Urb. Gallo Verde 10°37'38.92"N 71°39'25.52"O 4,07 9 Cecilio Acosta Urb. Urdaneta 10°38'10.68"N 71°38'12.42"O 2,58
10 Cacique Mara Barrio El Amparo 10°39'39.99"N 71°38'59.20"O 3,01 11 Chinquinquirá Sector Indio Mara 10°40'4.76"N 71°37'47.83"O 1,80
12 Chinquinquirá Sector Santa
Rosalia 10°38'31.93"N 71°37'4.57"O 1,36
13 Bolívar Sector 5 de Julio 10°39'44.88"N 71°36'50.15"O 0,65 14 Santa Lucia Barrio Valle Frío 10°39'41.55"N 71°35'50.53"O 0,61 15 Olegario Villalobos Urb. Zapara 10°40'45.89"N 71°36'54.66"O 1,62 16 Olegario Villalobos Sector La Lago 10°40'16.32"N 71°36'6.28"O 0,96 17 Coquivacoa Barrio 18 de Octubre 10°41'40.26"N 71°36'22.34"O 2,52 18 Coquivacoa Urb. Monte Claro 10°42'29.93"N 71°36'53.64"O 3,53 19 Juana de Ávila Urb. La Trinidad 10°41'18.09"N 71°37'50.86"O 2,71 20 Juana de Ávila Sector San Jacinto 10°42'33.31"N 71°37'53.00"O 3,95 21 Idelfonso Vásquez Barrio Cujicito 10°42'9.50"N 71°39'14.98"O 4,51 22 Idelfonso Vásquez Barrio Palo Negro 10°42'55.16"N 71°40'1.24"O 5,75
23 Carraciolo Parra Pérez Urb. Los Olivos 10°40'46.00"N 71°39'14.60"O 3,61
24 Carraciolo Parra
Pérez Barrio Rafael
Urdaneta 10°41'24.07"N 71°40'20.42"O 5,05
25 Venancio Pulgar Barrio Carmelo Urdaneta
10°42'1.18"N 71°41'4.84"O 6,11
26 Raúl Leoni Urb. Cumbres de Maracaibo
10°39'27.66"N 71°39'29.33"O 3,57
27 Raúl Leoni Urb. La Rotaria 10°40'29.42"N 71°40'45.23"O 5,14 28 Antonio Borjas Barrio El Marite 10°41'16.85"N 71°41'28.39"O 6,18 29 Antonio Borjas Barrio Calendario 10°40'10.19"N 71°42'10.13"O 6,65
30 Francisco Eugenio
Bustamante Urb.
Cuatricentenaria 10°39'0.78"N 71°41'40.76"O 6,07
31 Francisco Eugenio
Bustamante Urb. San Rafael 10°38'11.09"N 71°40'12.50"O 4,62
32 Francisco Eugenio Bustamante
Urb. Altos de la Venega
10°37'12.12"N 71°40'12.27"O 5,09
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
Como se pudo observar en el cuadro anterior, la distancia máxima de un
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SM al AP es de 7,05 millas, lo cual es mucho menor a 15 millas, que es la
distancia máxima de alcance de los SM y no habría necesidad de utilizar
LENS o Reflectores Pasivos (Ver anexo D) en la red para incrementar el
alcance y la direccionalidad de la señal transmitida.
Igualmente se establecieron 32 SM en la red, un número muy por debajo
de 200, que es el máximo número de SM que se le puede asociar al AP. En
tal sentido, la escalabilidad del sistema es muy grande, y se podrían
adicionar más SM a la red según la necesidad.
La arquitectura de la red en la estación maestra está compuesta como se
aprecia en la figura 9.
Figura 10. Arquitectura de la Estación Maestra. Fuente: Graziano, Montiel, y Morales. (2010).
El CMMmicro recibe la información del AP mediante un cable CAT 5UV y
la transmite al PPPoE, además se encarga de sincronizar el AP con sus SM
asociados, todo esto en capa 2 del modelo OSI. El CMMmicro es que le
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brinda alimentación al AP, además en caso de expandir la red y adicionar
otros AP, el CMMmicro se encarga de distribuir y sincronizar las señales.
El Gateway de protocolo PPPoE mantiene la seguridad en la red a través
de firewalls internos, además se conecta a un servidor RADIUS (Remote
Authentication Dial-In User Server), que realiza la autenticación y
autorización para aplicaciones de acceso a la red o movilidad IP.
Luego la información se transmite a un enrutador de paquetes con acceso
a internet, de donde los datos transmitidos se almacenan a través de un
servidor y se muestran en una PC maestra.
Así mismo, una vez montada esta red se debe proceder a la configuración
de todos los host, una vez configurados cada uno de ellos, el siguiente paso
será instalar en el equipo central el software seleccionado para el desarrollo
de este sistema, que lleva por nombre “What’s up”, el cual es un software
para el monitoreo de la red, que ayuda a los administradores de red a
gestionar sus dispositivos, llevar registro de eventos y también ayuda a ver el
tráfico y configuración a través de la red.
Una vez realizada cada uno de estos pasos el sistema queda
completamente configurado y operativo, listo para su utilización.
FASE V. CONTRUCCION DEL PROTOTIPO
La construcción del prototipo se hizo en una regleta de prueba en la cual
se conectaron todos los elementos pertenecientes a los circuitos del sensor y
su fuente de alimentación mostrados en las figuras 6 y 7.
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Se montó primero las fuentes de voltajes y se comprobó su
funcionamiento midiendo con voltímetro la salida de los reguladores, luego
se procedió a montar el sensor de detección de agua con un interruptor para
verificar su funcionamiento, después se reemplazó este sensor por los
electrodos conectados al acueducto de la maqueta realizada.
A continuación se muestran el grupo de simulaciones que demuestran la
efectividad del circuito. Primero se presenta la parte de las fuentes de
alimentación y después el sensor de detección de agua como tal.
Figura 11. Simulación de las fuentes de alimentación.
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
En la figura 8 se puede observar que la fuente de alimentación produce
salidas de 12V, 5V, y -12V. Los leds rojos sirven para visualizar que las dos
partes del circuito se encuentran energizadas. También se puede apreciar
que la polarización de los condensadores electrolíticos se realizó de la
manera correcta. Las salidas de la fuente se conectan al sensor en sus
puntos de alimentación.
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Figura 12. Simulación del Sensor de Agua. Ausencia de Agua.
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010). Se puede ver en la figura 9 que con la ausencia de agua, interruptor
abierto, el bloque terminar queda desenergizado y el voltaje a la salida del
opam disminuye, produciendo que el transistor no trabaje como debe ser y el
relé no conmute.
Figura 13. Simulación del Sensor de Agua. Presencia de Agua.
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
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La figura 10 muestra que cuando el interruptor 1 se cierra, el bloque
terminar se energiza, el voltaje a la salida del opam aumenta y el relé cambia
de estado, obteniendo la salida esperada.
Para la simulación de la red se utiliza el software de Motorola llamado
One Point Wireless Manager que es un sólido e innovador set de soluciones
que permiten diseñar, implementar y gestionar redes de banda ancha
inalámbrica de interiores y exteriores, incluidos las redes indoor WLAN y
outdoor MWAN, así como también los productos punto a multipunto y punto a
punto de Motorola. Las herramientas de diseño One Point proporcionan un
enlace de exteriores muy preciso y diseños de redes 802.11b/g /n de
interiores, los cuales proveen cobertura y capacidad óptimas desde la
primera aplicación.
Motorola Wireless Manager proporciona un único punto de control para
redes de banda ancha inalámbrica tanto de interiores como de exteriores e
incluye un nivel de visibilidad mediante visualizaciones de redes avanzadas y
en tiempo real a través de un entorno integrado de mapas de Google. Este
software es facilitado por Motorola una vez realizada la compra de sus
equipos (Ver anexo E).
FASE VI. PRUEBAS FINALES
Luego de haber realizado la construcción del prototipo del sistema de
monitoreo, se efectuaron las pruebas finales del diseño realizado. Se
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realizaron ensayos de funcionamiento e interconexión entre las diferentes
secciones comprobando la funcionalidad del montaje.
En las pruebas de laboratorio realizadas se examinó el circuito del sensor
de agua conectado al acueducto verificando que durante la presencia de
líquido en las tuberías el circuito se cerraba y por lo tanto se obtuvo a la
salida del relé una señal de corriente continua de 5V, la cual posteriormente
se debe transmitir a la red wireless de tecnología OFDM.
Figura 14. Prueba del Sensor de Agua. Ausencia de Agua.
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
Se puede observar en la figura 14 la maqueta correspondiente a la etapa
del sensor. Se ve en la parte inferior de la regleta de prueba que las fuentes
están trabajando, esto lo indica los leds verdes al lado de los capacitores. A
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las salidas del relé se colocaron dos leds, uno rojo y otro verde, para indicar
presencia o ausencia de agua de forma local. En esta imagen el led rojo se
encuentra encendido, ya que el nivel del agua está por debajo de los
electrodos, es decir, hay ausencia de agua en el acueducto.
Figura 15. Prueba del Sensor de Agua. Presencia de Agua.
Fuente: Graziano, Montiel, y Morales (2010).
En la figura 15 se aprecia que el nivel del agua en tanque aumentó, por lo
tanto hay agua en el acueducto y es el led verde el que se enciende a la
salida del relé.
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Por último se debe lograr comunicar todas las etapas del sistema de
monitoreo luego de varios intentos, donde se arreglan detalles tanto de
programación en el transmisor como en el receptor. Finalmente se evalúa
que los datos generados a partir del proceso de la etapa del sensor de agua,
a través del envío, recepción y decodificación, se transmiten de forma
correcta y con una buena calidad de servicio con respecto a lo que se
presenta físicamente en el acueducto.
Los resultados obtenidos demostraron que este proyecto cumplió con
todas las expectativas ya que se trabajo en una banda de 5.4GHz
perteneciente al protocolo IEEE 802.11.g, que alcanza una taza de 54Mbit/s
y trabaja con OFDM, distribuyendo la información para un gran número de
portadoras espaciadas, de tal forma que acaban manifestando una
característica de ortogonalidad tal cual como se vio en el marco teórico. Las
principales ventajas comprobadas de la tecnología MIMO-OFDM radican en
el aumento de la eficiencia espectral, la minimización de las interferencias y
la baja distorsión por multirrecorrido.