UNIDAD IZTAPALAPA

TEMAS SELECTOS DE SISTEMAS DIGITALES

Reporte de proyecto: “ Sistema automatizado de captación de agua pluvial”

Alumnos:

NAZARIO LEMUS MARIO ALBERTO PONCE MARTINEZ FRANCISCO JAVIER

Profesor: Sergio Páez Rodea

En 30 años, el mundo enfrentará una de sus peores crisis de agua en su historia. Las advertencias pasaron frente a los ojos de los seres humanos y la mayor fue cuando Ciudad del Cabo, en Sudáfrica, se convirtió en la primera urbe del mundo en enfrentar una dura sequía, a tal grado de cerrar las tuberías y suministrar el vital líquido en puntos específicos bajo el resguardo de militares para evitar conflictos. En México, no estamos nada lejos de esta realidad. El llamado “Día Cero” se encuentra más cerca de lo pensado, y los académicos más respetados del país llevan varios años advirtiendo sobre el “estrés hídrico” que vive nuestro planeta. Fernando González Villarreal, director del Programa de Manejo, Uso y Reúso del Agua (PUMAGUA), de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) detalló que en 30 años, la mitad de la población mundial sufrirá escasez de agua. A través de una entrevista con la Dirección General de Comunicación Social, aseveró que a la Ciudad de México le hace falta mejorar la gestión y servicio del agua, además la población del Valle de México recibe este recurso como un servicio primario, pero la ciudadanía no está dispuesta a pagar, según encuestas de Pumagua. Por años, se ha sobreexplotado los mantos acuíferos sobre la ciénaga del antiguo lago de Texcoco, lugar donde flota y se hunde entre 2 y 30 centímetros cada año la capital, según datos de Protección Civil. A pesar que las autoridades lograron idear un plan B, traer agua del sistema Cutzamala a unos 300 kilómetros al oeste en el estado de Michoacán, dos terceras partes del agua es extraída de los mantos acuíferos, donde el agua pasa por un sistema de tuberías que tiene entre 40 y 50 años de antigüedad. Esa situación provocó una serie de fugas, donde el 40 por ciento del agua se pierde y no llega a sus destinatarios. Al día, cada hogar consume hasta 86 litros de agua, pero este líquido no llega a todas partes en la urbe mediante tuberías, en muchas delegaciones y zonas marginadas, este llega mediante pipas. En más de una ocasión los choferes de esas unidades son amenazados de muerte para acudir a ciertas comunidades para abastecer a las familias que, en más de una ocasión, llevan semanas sin agua. 1

Datos alarmantes como los mencionados anteriormente dan paso a pensar en formas alternas para adquirir agua en lugares de la Ciudad de México donde el líquido escasea, una de ellas es la captación del agua de lluvia, este proceso es hasta la fecha un tanto burdo en diversas comunidades donde se practica dicha acción, por ello surge la necesidad de tener un sistema automatizado de bajo costo que realice este proceso, en, precisamente, ese el objetivo del presente proyecto, realizar el modelo de un sistema automatizado de captación de agua pluvial de bajo costo. Para la realización del sistema de captación de agua pluvial se estableció que se realizará con bajos recursos de modo que en comunidades donde la economía no es la suficiente como para gastar grandes cantidades de dinero en sistemas automatizados caros, por ello los materiales utilizados son de reciclaje, como lo son botellas de agua y contenedores de plástico duro. La realización del modelo presentado fue hecho estrictamente como eso, un modelo, que bien puede adaptarse según la estructura del hogar donde se quiera instalar el sistema. Los materiales utilizados fueron:

● Botellas de agua 1.5 lt y 600 ml. ● Dos recipientes de plástico duro, uno debe tener mayor diámetro que el de las botellas de agua ● Placa Arduino Uno

1https://news.culturacolectiva.com/medio-ambiente/cdmx-se-quedara-sin-agua-segun-experta-de-la-unam/

● Sensor de distancia ultrasónico ● Servomotor ● Cable ● Silicon ● Manguera flexible ● Laptop con software IDE Arduino ● Abatelenguas ● Palo de bandera

La creación del sistema tuvo el siguiente proceso: Llamaremos contenedor 1 al recipiente que debe tener mayor diámetro que el de una botella de agua de 1.5 lt. Se perforó el contenedor 1 horizontalmente realizando dos agujeros con forma de un círculo de diámetro ligeramente superior al diámetro del de una botella de 1.5 lt. En la parte superior del contenedor 1 debe pegarse el sensor de distancia el cual apuntará hacia la parte inferior del contenedor, se debe realizar una pequeña ranura en la parte superior del contenedor por donde se podrán sacar los cables, cuatro en este caso, que conectan al sensor con la placa Arduino Uno. Se utilizan dos botellas de 1.5 lt recortadas por ambos extremos, un extremo de una botella debe incrustarse y pegar con silicon en un agujero del contenedor 1 y otro extremo de otra botella debe incrustarse, y pegar con silicón, en el otro agujero del contenedor uno, este será el caudal por donde circulara el agua. Debe obtenerse una estructura como la mostrada en la figura 1, ésta es la primer etapa o parte del sistema..

Figura 1. Esquema de la etapa 1 del sistema automatizado de captación de agua pluvial.

Si observamos la figura 1, encontramos que se tienen dos extremos, el extremo uno es por donde ingresará el agua al sistema, el extremo dos estará conectado a la segunda etapa del sistema. En la figura 2 se muestra físicamente la etapa 1 del sistema donde se aprecia que para conectarse a la etapa 2 del sistema se le adiciono una botella de agua de 600 ml, por otro lado, en la figura 3 se muestra el sensor de distancia que se encuentra dentro del contenedor 1.

Figura 2. Etapa 1 del sistema automatizado de captación de agua pluvial.

Figura 3. Sensor ultrasónico dentro del contenedor 1.

Para la segunda etapa del sistema hay que saber que el agua de lluvia, en los primeros minutos, está contaminada con diversos agentes que se encuentran presentes en el aire, por ello se determina que el sistema tenga dos salidas, una que será la salida de agua mayormente contaminada, esta salida puede dirigirse a una alcantarilla, la otra salida será donde se dirigirá el agua menos contaminada, o sea, el agua de lluvia que cae después de cierto tiempo, esta salida puede dirigirse a un contenedor de agua como lo es un tinaco o un tambo. Dentro de la segunda etapa del sistema se utilizó el otro recipiente de plástico duro, el cual denominaremos contenedor 2, en el cual se realizaron cuatro agujeros, uno en la parte superior, otro en la parte lateral y el otro en la parte inferior, los dos últimos agujeros sirven para la selección del flujo agua, según fuera el caso, y el último es un agujero muy pequeño donde se establece la conexión para la manipulación del flujo de agua. Para este modelo se utilizó el agujero de la parte superior para el suministro del agua que proviene después de la etapa uno, o sea en el extremo 2, vea la figura 1. El agujero de la parte inferior, o salida 1, se utilizó para la salida del agua sucia, es decir, la que lleva el polvo de la azotea y el agua de lluvia ácida que cae en los primeros minutos después de que empieza a llover, el agujero de la parte lateral, o salida 2, se utilizó para la salida del agua limpia, es decir, el agua de lluvia que cae después de cierto tiempo de que comienza a llover ya tiene un grado de pureza

más alto a comparación de la que cae en los primeros minutos de lluvia, vea la figura 4 donde puede apreciarse las salidas del agua en esta etapa del sistema además de la entrada de agua y el mecanismo de selección de flujo de agua. El mecanismo para realizar la selección del flujo de agua, o sea, la selección del agujero a donde se dirige el agua, se realizó con la ayuda de un servomotor, este se fijó mediante un abatelenguas pegado al contenedor 2, el cual le dio mayor fuerza al servomotor, a la polea de este motor se le agrego una pequeña jeringa con la cual se agrando el brazo de palanca y a el otro extremo de esta jeringa se colocó un palo de bandera mediante el cual se jalaria o regresaría la manguera flexible según el tiempo y flujo del agua, lo anterior descrito puede apreciarse en la figura 5 donde se observa el interior del contenedor 2.

Figura 4.Etapa 2 del sistema automatizado de captación de agua pluvial.

Figura 5. Interior del contenedor 2 del sistema automatizado de captación de agua pluvial.

Después de la creación del modelo, se procedió a la realización de pruebas, estas se hicieron primero al sensor ultrasónico con el cual se midió la distancia que se tiene al fondo del contenedor 1, la cual fue de 9 cm. La siguiente prueba se realizó a la etapa 2 del sistema, mediante ayuda del software Arduino se cargó un programa a la tarjeta Arduino Uno para el control del servomotor, se aproximaron los grados para el jale y empuje de la manguera flexible que se colocó dentro del contenedor 2, estos fueron de 25° para la selección de la salida 2, vea la figura 6, y 165° para la selección de la salida 1, vea la figura 7.

Figura 7. Selección de salida 1 de la etapa 2 del sistema, servomotor a 165°.

Figura 6. Selección de salida 2 de la etapa 2 del sistema, servomotor a 25°.

Con los datos recabados en las pruebas de las dos etapas del sistema se procedió a establecer el programa que rige el funcionamiento del sistema desarrollado. Los pasos o pseudocódigo, del programa es el siguiente:

● Configurar el modo de operación de los pines de Arduino Uno que se utilizan. ● Incluir las librerías necesarias para el manejo de los dispositivos utilizados, en nuestro caso, la

librería para el control de un servomotor. ● Declarar las variables que se utilizaran. ● Establecer la posición del motor a 165° para tener seleccionada la salida 1 de la etapa 2 del

sistema. ● Realizar mediciones de distancia, si la distancia es menor a 9 cm quiere decir que hay agua

fluyendo a través del sistema, en específico, en la etapa 1 del sistema con lo cual se debe de

comenzar un conteo de tiempo. Si la distancia no cambia, hay que seguir midiendo hasta que cambie.

● Si el conteo de tiempo llega al establecido (para casos reales debe de ser de, aproximadamente, 10 minutos, pero para el caso práctico de las pruebas puede ser mucho menor, el establecido para las pruebas fue de 5 segundos) se debe cambiar la posición del motor a 25°, o sea, ahora el agua saldrá por la salida 2 de la etapa 2 del sistema.

● Se debe seguir haciendo mediciones en la distancia, si la distancia sigue siendo menor a 9 cm después del tiempo establecido se debe dejar el motor en 25° pero si la distancia vuelve a 9 cm quiere decir que ha dejado de llover y se debe volver a la posición inicial, o sea, mover el motor a 165° para tener seleccionada la salida 1 de la etapa 2 del sistema, con esto concluye el programa y puede volver a iniciar.

Ahora que se ha establecido la manera de operar del sistema desarrollado sólo basta con pasar a código de Arduino el pseudocódigo anteriormente expuesto, esto puede apreciarse en la figura 8 y 9 donde se muestra el código con el cual fue programado Arduino Uno para la operación del sistema de captación de agua pluvial desarrollado en este proyecto.

Figura 8. Codigo en Arduino del sistema automatizado de captación de agua pluvial (1/2).

Figura 9. Codigo en Arduino del sistema automatizado de captación de agua pluvial (2/2).

Una vez compilado y cargado el programa a Arduino Uno y con las conexiones correspondientes se realizaron las pruebas con agua, las cuales fueron exitosas, el sistema, después de 5 segundos transcurridos a partir de la detección de flujo de agua cambiaba de selección de salida de la 1 a la 2, y cuando el sistema detectaba que ya no fluía agua volvía a la posición inicial. En la figura 10 se muestra completamente el modelo del sistema automatizado de captación de agua pluvial.

Figura 10. Sistema completo de captación de agua de lluvia.

Conclusiones El problema de abastecimiento de agua en el país es un tema que dia con dia va tomando más importancia alarmando a las autoridades y habitantes de la ciudad, ya que en algunas zonas este abastecimiento es moderado o casi nulo, por lo que optar por buscar nuevas formas para la obtención de este recurso vital es esencial para el bienestar de la comunidad. La realización de este pequeño sistema, el cual busca aprovechar al máximo la captación de agua de lluvia, mediante sus diferentes mecanismos, permite realizar una selección de agua con un mayor grado de pureza que puede ser almacenada en un contenedor donde, posteriormente, puede ser purificada o utilizada para riego o, como mínimo, como agua de desfogue de los excusados. Como tal este proyecto ha servido para desarrollar el modelo del sistema aquí tratado, sin embargo si este sistema se quiere implementar en una casa deben tomarse algunas consideraciones que no han sido mencionadas en este reporte como lo son el que el motor así como la placa Arduino Uno deben estar completamente protegidos para estar a la intemperie y a su vez del agua de lluvia que les pueda caer y que además la alimentación de estos dispositivos debe realizarse con baterías si no se quiere conectar a la toma de luz. Por otro lado, se deben tomar las precauciones necesarias dependiendo el tipo de casa donde se instale el sistema ya que las tuberías pueden taparse con hojas de árboles, por ejemplo, por lo que es recomendable cubrir con una malla metálica la tubería por donde ingrese el agua a la etapa 1 del sistema. Por otro lado, los cables utilizados no deben cubrir grandes distancias debido a la atenuación que se presenta en los mismos ya que esto puede generar que el sistema no realice las acciones para las que fue diseñado. Tomando estas precauciones y otras que puedan presentarse, este sistema puede instalarse sin ningún problemen una residencia.