UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL CARRERA DE INGENIERÍA EN ...repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/45013/1/B... · de pozos artesanales que pueden estar contaminados o contener agua no apta

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

DISEÑO Y DESARROLLO DE PROTOTIPO DE UN DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DE LA

CALIDAD DEL AGUA DE POZOS ARTESANALES APLICADO EN EL RECINTO EL

CACIQUE DE LA PARROQUIA JUNQUILLAL DEL CANTÓN SALITRE.

PROYECTO DE TITULACIÓN

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

AUTOR (ES):

ORDÓÑEZ CONTRERAS TATIANA YULY

PONCE JÁCOME BRYAN JESUS

TUTOR:

ING. JENNY ELIZABETH ARIZAGA GAMBOA, Msi.

GUAYAQUIL – ECUADOR

OCTUBRE – 2019

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS / TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO:

Diseño y desarrollo de prototipo de un dispositivo de medición de la calidad del agua de pozos artesanales aplicado en el recinto El Cacique de la parroquia Junquillal del cantón Salitre.

AUTOR:

Ordóñez Contreras Tatiana Yuly Ponce Jácome Bryan Jesús

REVISOR(ES)/TUTOR(ES):

Ing. Luis Espín Pazmiño Ing. Jenny Arízaga Gamboa

INSTITUCIÓN:

Universidad de Guayaquil

UNIDAD/FACULTAD:

Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:

Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones

GRADO OBTENIDO:

Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones

FECHA DE PUBLICACIÓN:

Octubre 2019 No. DE PAGINAS 126

ÁREAS TEMÁTICAS:

Networking y Telecomunicaciones

PALABRAS CLAVES/KEYWORDS:

calidad de agua, sensores, turbidez, pozos artesanales, potable.

RESUMEN/ABSTRACT

En los sectores rurales donde no hay un sistema de potabilización de agua, las personas están sujetas a diversos problemas mayormente de salud. En estos sectores el agua es obtenida por ríos o por medio de pozos artesanales que pueden estar contaminados o contener agua no apta para el consumo humano. El proyecto de titulación tiene como objetivo obtener los datos de medición del agua mediante sensores y permite verificar en tiempo real el nivel de pH, la turbidez y la conductividad para determinar la calidad relativa del agua determinando por lo menos si existen materiales pesados o partículas en suspensión que podrían contener trazas orgánicas no aptas para el consumo humano y que son mostrados en una aplicación Android para móviles. Para el desarrollo de las etapas del proyecto se usó la metodología PPDIO y para medir la aceptación del producto se realizaron encuestas a las personas que viven alrededor del recinto El Cacique, de la parroquia Junquillal del cantón Salitre. La funcionalidad del dispositivo se verificó mediante pruebas de validación del diseño propuesto en lo que corresponde a medir de forma relativa, la calidad del agua alcanzando así todos los objetivos propuestos del proyecto.

ADJUNTO PDF:

SI

NO

CONTACTO CON AUTOR:

Telefono:

0986570990 0939126954

Email:

tatiana.ordó[email protected] [email protected]

CONTACTO CON LA

INSTITUCIÓN:

Nombre: AB. JUAN CHAVEZ ATOCHA

Telefono: 2307729

E-mail: [email protected]

X

mailto:tatiana.ordó[email protected]

mailto:[email protected]

II

CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del trabajo de titulación, “DISEÑO Y DESARROLLO DE PROTOTIPO DE

UN DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA DE POZOS ARTESANALES

APLICADO EN EL RECINTO EL CACIQUE DE LA PARROQUIA JUNQUILLAL DEL CANTÓN

SALITRE.” elaborado por la Srta. ORDÓÑEZ CONTRERAS TATIANA YULY y el Sr. PONCE

JÁCOME BRYAN JESÚS. Alumnos no titulados de la Carrera de Ingeniería en Networking y

Telecomunicaciones de la 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. JENNY ARÍZAGA GAMBOA Msi.

TUTOR

III

DEDICATORIA

Dedico este trabajo de titulación a mis padres, que

son ese apoyo incondicional quienes a lo largo de

mi vida han visto por mi bienestar, salud y

educación para que yo siga adelante con mis

estudios, por ayudarme a llegar a este punto de

mi vida y de mi carrera y poder cumplir cada uno

mis objetivos, no dejarme vencer por las

adversidades por llenarme de sabiduría, fortaleza

y salud para seguir adelante y poder llegar a esta

meta que me llena de orgullo a mí y a ellos

también.

Tatiana Ordóñez Contreras

IV

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mis padres, que son

quienes me han permitido trazar mi camino y

andar con mis propios pies, por apoyarme y

ayudarme en cualquier adversidad, también les

dedico a mis hermanos, que todos en conjunto me

hicieron ver que sin importar cuanto tiempo me

tome, todo se puede si de verdad se quiere.

Bryan Ponce Jácome

V

AGRADECIMIENTO

Agradecida siempre en primer lugar con Dios

por guiarme en mi camino y brindarme fortaleza,

salud, y sabiduría, permitiéndome culminar mi

carrera universitaria y superar un peldaño más

en mi vida, sin él no hubiera culminado esta

etapa de mi vida.

A mi padre y mi madre por haberme cuidado,

apoyado y velado por mi bienestar e inculcado

el estudio, ante todo, motivarme

constantemente durante esta etapa de mi vida,

gracias a todos por estar siempre presentes.

A mi tutora y docentes que gracias a su

sabiduría y consejos formaron parte de este

proceso y me ayudaron a culminarlo.

Tatiana Ordóñez Contreras

VI

AGRADECIMIENTO

Le agradezco primero a Dios por la vida y por las

bendiciones que me ha dado, la fuerza en esos

momentos en los cuales pensé que ya no podría.

A mi padre por todos los consejos, valores y

principios que me ha inculcado, a mis hermanas y

hermanos que durante todo este proceso me han

apoyado, a mi abuelita que siempre me ha dado

esos consejos de no rendirme jamás y a toda mi

familia y amigos que con sus oraciones, consejos

y palabras de aliento hicieron de mí, una mejor

persona y que de una u otra forma me acompañan

en todos mis sueños y metas.

A mi tutora por haberme guiado y ayudado no solo

en la elaboración de este trabajo de titulación,

sino también por haberme brindado el apoyo para

culminar todo este proceso y a mi jefa de trabajo

por brindarme su apoyo y comprensión para

poder asistir a la universidad.

Bryan Ponce Jácome

VII

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN

_____________________________ Ing. Fausto Cabrera Montes M.Sc

DECANO DE LA FACULTAD CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FISICAS

__________________________ Ing. Abel Alarcón Salvatierra Mgs

DIRECTOR CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING

Y TELEFOMUNICACIONES

____________________________ Ing. Luis Espín Pazmiño M.Sc PROFESOR REVISOR DEL

PROYECTO DE TITULACIÓN

_________________________ Ing. Ximena Acaro Chacón M.Sc.

PROFESOR DE ÁREA DESIGNADO EN EL TRIBUNAL

________________________________ Ing. Jenny Elizabeth Arízaga Gamboa Msi.

PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN

_________________________________ Ab. Juan Chávez Atocha. Esp.

SECRETARIO TITULAR

VIII

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”

ORDÓÑEZ CONTRERAS TATIANA YULY

PONCE JÁCOME BRYAN JESÚS

IX


FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS





Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título de

INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

Autores: ORDOÑEZ CONTRERAS TATIANA YULY

C.I.: 0930931449

PONCE JACOME BRYAN JESUS

C.I.: 0924407281

Tutor: ING. JENNY ELIZABETH GAMBOA ARIZAGA, Msi

Guayaquil, OCTUBRE, 2019

X

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 estudiantes

ORDÓÑEZ CONTRERAS TATIANA YULY y PONCE JÁCOME BRYAN JESÚS, como

requisito previo para optar por el título de Ingeniero en de Ingeniero en Networking y

Telecomunicaciones cuyo tema es: “DISEÑO Y DESARROLLO DE PROTOTIPO DE UN

DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA DE POZOS ARTESANALES

APLICADO EN EL RECINTO EL CACIQUE DE LA PARROQUIA JUNQUILLAL DEL

CANTÓN SALITRE”

Considero aprobado el trabajo en su totalidad.

Presentado por:

ORDÓÑEZ CONTRERAS TATIANA YULY Cedula de ciudadanía N° 0930931449

PONCE JÁCOME BRYAN JESÚS Cedula de ciudadanía N° 0924407281

Tutor: ING. JENNY ELIZABETH ARÍZAGA GAMBOA Msi.

Guayaquil, OCTUBRE del 2019

XI


FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS


Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato

DIGITAL

1. Identificación del Proyecto de Titulación

Nombre Alumno: Ordóñez Contreras Tatiana Yuly

Dirección: Juan Montalvo Mz. 1872 Sl.6

Teléfono: 0986570990 E-mail: [email protected]

Nombre Alumno: Ponce Jácome Bryan Jesús

Dirección: Guayacanes 5 Mz. 230 V 29

Teléfono: 0939126954 E-mail: [email protected]

Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas

Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones

Título al que opta: Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones

Profesor Guía: Ing. Jenny Elizabeth Arízaga Gamboa Msi.

Título del Proyecto de Titulación: DISEÑO Y DESARROLLO DE

PROTOTIPO DE UN DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL

AGUA DE POZOS ARTESANALES APLICADO EN EL RECINTO EL CACIQUE

DE LA PARROQUIA JUNQUILLAL DEL CANTÓN SALITRE.

Tema del Proyecto de Titulación: calidad de agua, sensores, turbidez, pozos

artesanales, potable.

XII

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

______________________ ______________________

Ordóñez Contreras Tatiana Ponce Jácome Bryan Jesús

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.

DVD-ROM: CD-ROM:

X

XIII

INDICE GENERAL

CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................... II

DEDICATORIA ..........................................................................................................................III

DEDICATORIA ......................................................................................................................... IV

AGRADECIMIENTO .................................................................................................................. V

AGRADECIMIENTO ................................................................................................................. VI

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN .............................................................................. VII

DECLARACIÓN EXPRESA .................................................................................................... VIII

INDICE GENERAL .................................................................................................................. XIII

ABREVIATURAS .................................................................................................................... XVI

SIMBOLOGÍA ........................................................................................................................ XVII

INDICE DE TABLA ............................................................................................................... XVIII

INDICE DE GRAFICOS .......................................................................................................... XIX

Resumen ................................................................................................................................ XXI

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1

CAPÍTULO 1 EL PROBLEMA .................................................................................................... 3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................... 3

SITUACIÓN CONFLICTO NUDOS CRÍTICOS .......................................................................... 9

CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA ................................................................10

DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA ........................................................................................11

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .......................................................................................12

EVALUACIÓN DEL PROBLEMA ..........................................................................................13

OBJETIVOS ..............................................................................................................................14

Objetivo General: ..................................................................................................................14

Objetivos Específicos ............................................................................................................14

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA ..........................................................................................15

Metodología del proyecto ......................................................................................................16

ALCANCES DEL PROYECTO ..................................................................................................17

CAPÍTULO II .............................................................................................................................18

MARCO TEÓRICO ...................................................................................................................18

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO.........................................................................................18

XIV

Enfermedades por consumo de agua contaminada. .............................................................19

Signos de que el agua está contaminada ..............................................................................21

FUNDAMENTACIÓN TEORICA................................................................................................24

IMPLEMENTACIÓN DEL DISPOSITIVO...............................................................................24

Arduino .................................................................................................................................25

Sensor ..................................................................................................................................27

Android .................................................................................................................................28

Redes inalámbricas de área personal (WPAN) .....................................................................28

Bluetooth ...............................................................................................................................29

FUNDAMENTACIÓN SOCIAL ..................................................................................................30

FUNDAMENTACIÓN LEGAL ....................................................................................................31

Derechos del Buen Vivir ........................................................................................................31

Ciencia, Tecnología, Innovación y saberes ancestrales ........................................................31

Ley de Propiedad Intelectual .................................................................................................34

CAPÍTULO III ............................................................................................................................37

PROPUESTA TECNOLÓGICA .................................................................................................37

ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ...................................................................................................39

Factibilidad Técnica ..............................................................................................................39

Factibilidad Operacional ........................................................................................................41

Hardware a utilizar ................................................................................................................42

Sensor de pH ....................................................................................................................42

Sensor de Turbidez ...........................................................................................................45

Sensor de Conductividad ..................................................................................................47

Módulo Bluetooth ..............................................................................................................50

Arduino Mega ....................................................................................................................52

Software a utilizar ..................................................................................................................54

APP Inventor .....................................................................................................................54

Software Arduino ...............................................................................................................55

Especificaciones de Aplicación Android ................................................................................60

Factibilidad legal ...................................................................................................................61

Factibilidad Económica .........................................................................................................62

ETAPAS DE LA METODOLOGÍA DEL PROYECTO.................................................................63

Metodología PPDIO ..............................................................................................................63

XV

Fases del PPDIO ..................................................................................................................63

ENTREGABLES DEL PROYECTO ...........................................................................................65

CRITERIOS DE VALIDACIÓN DEL PROTOTIPO ....................................................................65

POBLACIÓN Y MUESTRA ...................................................................................................66

Población ..............................................................................................................................66

Muestra .................................................................................................................................66

Instrumentos para la recolección de datos ............................................................................67

Investigación tipo encuesta ...................................................................................................67

Análisis de resultados .......................................................................................................67

PRUEBAS DE VALIDACIÓN DE FUNCIONAMIENTO .............................................................78

Prueba de nivel de calidad y contaminación del agua en pozos. ...........................................78

Análisis de resultados en campo ...........................................................................................79

CÁPITULO IV ...........................................................................................................................81

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DEL DISPOSITIVO .................................................................81

EVALUACIÓN DE CALIDAD DEL PROTOTIPO .......................................................................82

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................83

CONCLUSIONES .................................................................................................................83

RECOMENDACIONES .........................................................................................................84

BIBLIOGRAFÍA .........................................................................................................................84

ANEXOS ...................................................................................................................................89

XVI

ABREVIATURAS

OMS Organización mundial de la salud

INEC Instituto nacional de estadísticas y censos

Art. Artículo

WPAN Redes de área personal inalámbrica

pH Potencial de Hidrógeno

NTU Unidades Nefelométricas de Turbidez

NICROM Cromo Níquel

PPDIO Preparación, Planificación, Diseño, Implementación, Optimización

WPAN Redes de área personal inalámbrica

XVII

SIMBOLOGÍA

V Voltaje

G conductividad

S Siemens

cm centímetros

m Tamaño de la población

e Error de estimación

n Tamaño de la muestra

XVIII

INDICE DE TABLA

Tabla 1: Causas y Consecuencias del Problema ......................................................................10

Tabla 2: Delimitación del problema ...........................................................................................12

Tabla 3: Características de diseño del dispositivo .....................................................................40

Tabla 4: Detalles técnico del sensor de pH ...............................................................................44

Tabla 5: Especificaciones técnicas Sensor de Turbidez Sen 0189 ............................................46

Tabla 6: Especificaciones técnicas de Modulo Bluetooth Hc-05. ...............................................51

Tabla 7: Especificaciones técnicas de Arduino mega. ...............................................................53

Tabla 8: Especificaciones técnicas del dispositivo ....................................................................56

Tabla 9: Presupuesto del proyecto ............................................................................................62

Tabla 10: Resultados de la pregunta #1 ....................................................................................68



Tabla 13: Gráfico de resultados pregunta 4 ..............................................................................71






Tabla 19: Resultados de la pregunta #10 ..................................................................................77

Tabla 20: Análisis de resultados en el recinto Cacique .............................................................79

Tabla 21: Pruebas de sensores ................................................................................................80

Tabla 22: Análisis de alcances del proyecto ..............................................................................81

Tabla 23: Calidad del prototipo .................................................................................................82

XIX

INDICE DE GRAFICOS

Ilustración 1: Acceso al Servicio de Agua para consumo humano.............................................. 4

Ilustración 2: Sistemas de Tratamiento de Agua para consumo humano ................................... 5

Ilustración 3: Porcentajes de personas por calidad del agua y área de residencia ..................... 6

Ilustración 4: Cumplimiento de la Norma INEN 1108 a nivel nacional. ....................................... 7

Ilustración 5: Ubicación del Recinto El Cacique ........................................................................11

Ilustración 6: Agua Contaminada ..............................................................................................20

Ilustración 7: Signos de que el agua está contaminada .............................................................21

Ilustración 8: Métodos de abastecimiento .................................................................................22

Ilustración 9: Tipos de pozos de agua .......................................................................................23

Ilustración 10: Pozo del recinto El Cacique. ..............................................................................23

Ilustración 11: Prototipo de Medidor de calidad del agua ..........................................................24

Ilustración 12: Tipos de placa Arduino ......................................................................................25

Ilustración 13: Elementos de un ambiente Arduino ...................................................................26

Ilustración 14: Tipos de sensores ..............................................................................................27

Ilustración 15: Arquitectura Android ..........................................................................................28

Ilustración 16: Tipos de redes inalámbricas ..............................................................................29

Ilustración 17: Conectividad Bluetooth ......................................................................................30

Ilustración 18: Medidor de agua PCE-CM 41 ............................................................................37

Ilustración 19: Medidor de calidad de agua HI9829 ...................................................................38

Ilustración 20: Sensor de pH .....................................................................................................42

Ilustración 21: Escala del pH .....................................................................................................43

Ilustración 22: Elementos del sensor de pH ..............................................................................44

Ilustración 23: Sensor de turbidez más tarjeta acondicionadora ................................................45

Ilustración 24: Materiales a utilizar ............................................................................................47

Ilustración 25: Proceso de soldadura de alambres ....................................................................48

Ilustración 26: Material termo retráctil .......................................................................................48

Ilustración 27: Elaboración de sensor .......................................................................................49

Ilustración 28: Sensor de Conductividad ...................................................................................49

XX

Ilustración 29: Módulo Bluetooth Hc-05 .....................................................................................50

Ilustración 30: Arduino Mega .....................................................................................................52

Ilustración 31: Cable puente hembra y macho ..........................................................................54

Ilustración 32: Logo de MIT App Inventor ..................................................................................54

Ilustración 33: Software Arduino ...............................................................................................55

Ilustración 34: Detalle del esquema del dispositivo ...................................................................56

Ilustración 35: Conexión de sensor de pH .................................................................................57

Ilustración 36: Conexión de sensor de turbidez .........................................................................57

Ilustración 37: Conexión de sensor de conductividad ................................................................58

Ilustración 38: Conexión de módulo bluetooth ...........................................................................58

Ilustración 39: Conexiones de sensores a tarjeta Arduino Mega ...............................................59

Ilustración 40: Ensamblaje de dispositivo ..................................................................................59

Ilustración 41: Interfaz de presentación de Aplicativo ................................................................60

Ilustración 42: Interfaz de resultados de Aplicativo ....................................................................61

Ilustración 43: Gráfico de resultados pregunta 1 .......................................................................68









Ilustración 52: Gráfico de resultados pregunta 10 .....................................................................77

Ilustración 53: Toma de muestra de agua .................................................................................78

XXI

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES




Autores: Ordóñez Contreras Tatiana Yuly

Ponce Jácome Bryan Jesús

Tutor: Ing. Jenny Elizabeth Arízaga Gamboa Msi.

Resumen

En los sectores rurales donde no hay un sistema de potabilización de agua, las personas están

sujetas a diversos problemas mayormente de salud. En estos sectores el agua es obtenida por

ríos o por medio de pozos artesanales que pueden estar contaminados o contener agua no apta

para el consumo humano. El proyecto de titulación tiene como objetivo diseñar un dispositivo que

permita medir la calidad relativa del agua mediante sensores y verificar en tiempo real el nivel de

pH, la turbidez y la conductividad para determinar por lo menos si existen materiales pesados o

partículas en suspensión que podrían contener trazas orgánicas no aptas para el consumo

humano y que son mostrados en una aplicación Android para móviles. Para el desarrollo de las

etapas del proyecto se usó la metodología PPDIO y para medir la aceptación del producto se

realizaron encuestas a las personas que viven alrededor del recinto El Cacique, de la parroquia

Junquillal del cantón Salitre. La funcionalidad del dispositivo se verificó mediante pruebas de

validación del diseño propuesto en lo que corresponde a medir de forma relativa, la calidad del

agua alcanzando así todos los objetivos propuestos del proyecto.

Palabras claves: calidad de agua, sensores, turbidez, pozos artesanales, potable.

XXII

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES



CACIQUE DE LA PARROQUIA JUNQUILLAL DEL CANTÓN SALITRE

Autores: Ordóñez Contreras Tatiana Yuly

Ponce Jácome Bryan Jesús

Tutor: Ing. Jenny Elizabeth Arízaga Gamboa Msi.

ABSTRACT

In rural zones where there are not water purification systems, people are at the expense of different

problems specially health issues. In these sectors water is got at the rivers or through an artesian well

which could be contaminated or to contain water not able to be consumed by humans. This project has as

objective to design a device that measure the quality of water with sensors to verify Ph level, sediments or

conductivity to determine at least if it contains heavy metals or suspended particles that could contain

organic traces no allowed to human consumption; these parameters are shown in an Android application

for mobiles. For this project development and execution PPDIO methodology was used and to measure

the level of acceptance of such kind of device, enquires was done to the people who live around El Cacique

district that belong to Junquilllal zone from Salitre municipality. The functionality of the device was verified

doing test to validate the proposed design at least in the part corresponding to measure in a relative way,

water quality to attain all the objectives proposed in this project.

Keywords: water quality, sensors, turbidity, craft wells, potable.

1

INTRODUCCIÓN

El estudio acerca de la calidad del agua es un tema de investigación que se

viene realizando hace muchos años debido a diferentes factores como la

contaminación de los afluentes por desechos químicos o por basura, especialmente

de los afluentes de los ríos que son usados para los cultivos; de estas investigaciones

se ha podido determinar de manera general que actualmente los índices de

contaminación del ciclo vital del agua está en aumento y es uno de los problemas

ambientales más graves y con más peligrosas consecuencias para la salud humana.

El suministro de agua potable es un recurso natural promovido por el gobierno

y administrado por los Gobiernos Autónomos Descentralizados (GAD) a fin de tener

un control del recurso, mejorar la calidad de vida de sus usuarios y tratar de evitar

enfermedades; lamentablemente el sistema de abastecimiento de agua potable no es

un recurso del que todas las poblaciones gozan, debido a su situación geográfica o

por vivir muy apartado de los lugares donde existe una red de agua potable, por lo

que es de difícil acceso especialmente en zonas rurales formadas por comunas,

recintos o caseríos con pocos habitantes y que lleva a muchas familias a elaborar

pozos de forma artesanal o con maquinaria para poder extraer el líquido vital para su

suministro, para riego de sembríos o para su consumo diario, lo que conlleva en

muchos casos, a tener problemas en su salud por desconocer si es apta para el

consumo humano, ya que no conocen las vertientes de donde provienen este líquido.

En este proyecto se establece la posibilidad de determinar el nivel de

contaminación de un pozo de agua y detectar organismos o partículas posiblemente

contaminantes, por medio del uso de un dispositivo que entrega parámetros

indicativos de los niveles de salinidad, acidez, turbiedad y conductividad, mostrando

los resultados en tiempo real mediante una aplicación para móviles y determinar de

forma relativa qué tan saludable es el agua que se está consumiendo y decidir qué

medidas preventivas tomar de acuerdo al resultado que se obtenga. Para el desarrollo

de este proyecto, se ha dividido la tesis en cuatro capítulos:

2

Capítulo I.- Se expone la situación actual correspondiente al ámbito social y

el problema que afecta a las personas que viven en poblaciones rurales, planteando

causas y las consecuencias del problema, se explica el objetivo a alcanzar y el

alcance de este dispositivo desarrollado.

Capitulo II.- Se exponen los conceptos generales de los dispositivos físicos y

lógicos que se usan, junto con los conocimientos técnicos adquiridos que ayudan en

el análisis del problema, apoyados en una fundamentación teórica de referencias

bibliográficas relevantes al tema propuesto.

Capitulo III.- Se realizan estudios de campo y se toman muestras para la

experimentación y diseño, así como la realización de encuestas para determinar qué

tan factible es el dispositivo; nos permite conocer las características que tendrá, el

alcance del proyecto como tal y determinar el grado de aceptación del mismo en los

recintos o comunas que utilicen pozos de agua, concluyendo con un análisis

económico y técnico.

Capítulo IV.- Es la finalización del proyecto donde se exponen las

conclusiones y recomendaciones como resultado del análisis e implementación

realizado, así como la validación del mismo en cumplimiento con los objetivos

propuestos.

3

CAPÍTULO 1

EL PROBLEMA

Planteamiento del problema

Un sistema de gestión de agua potable es uno de los recursos más importante

de una población, además de asegurar el abastecimiento normal de agua potable,

permite tener una población más saludable y se cumple las necesidades básicas de

los consumidores; se considera agua potable aquella que cumple con los estándares

de calidad físicos y químicos establecidos por la Organización Mundial de la Salud;

actualmente en el Ecuador, según el Ministerio del Ambiente, se rigen con las normas

INEM 1108 para medir la calidad del agua potable y las normas TUSLAM para el agua

no potable o cruda.

Nuestro Gobierno, en trabajo conjunto con los Gobiernos Autónomos

Descentralizados Municipales (GAD), tiene como uno de los principales objetivos

tener un sistema de gestión para el servicio de agua potable en todas las parroquias,

recintos y comunas posibles, contribuyendo a que su población tenga una mejor

calidad de vida por medio de las redes públicas domiciliarias. Lamentablemente es

un servicio que no llega a todas las poblaciones del país siendo las más afectadas las

zonas rurales como los recintos, comunas, caseríos y en algunas ocasiones hasta

pueblos enteros. Esto se debe a diferentes factores, siendo el más común la situación

geográfica en la que se encuentran los habitantes que hace difícil realizar proyectos

de abastecimiento de agua potable.

Según datos del Instituto Nacional de Estadísticas y Censo (INEC) en el 2016,

fueron 148 GAD Municipales que brindaban un servicio de gestión de agua potable a

sus pobladores en las zonas rurales, mientras que los 67 restantes lo realizaban por

medio de juntas de aguas, que son organizaciones creadas por los pobladores para

la repartición del recurso hídrico y que comúnmente se da en las zonas rurales. Ver

Ilustración 1.

4

Ilustración 1: Acceso al Servicio de Agua para consumo humano

Elaborado por: Tatiana Ordóñez – Bryan Ponce.

Fuente: (INEC, 2016, pág. 7)

En la Ilustración 2 se constatan los porcentajes de uso para los Sistemas de

Tratamiento de Agua que son para el consumo, en las estadísticas del INEC el

90,23% de los GAD Municipales poseen un servicio óptimo de agua potable, el 7,91%

no posee un sistema de saneamiento del agua y el 1,86% compra agua potabilizada.

Ver Ilustración 2.

5

Ilustración 2: Sistemas de Tratamiento de Agua para consumo humano



Estos datos proporcionados por el INEC hacen referencia a censos realizados

a nivel nacional y se puede establecer que los sectores que carecen de un sistema

de potabilización son en su mayoría las zonas rurales; en el censo del 2016 también

se determinó a nivel nacional y por áreas de residencia el porcentaje de personas que

consumen agua contaminada y no contaminada. En la Ilustración 3 indica que a nivel

nacional el 79,3% consume agua no contaminada, siendo un 20,7% quienes si la

consumen; en el sector urbano el 84,6% no consume agua contaminada mientras el

15,4% si la consume y finalmente en las zonas rurales, el 31,8% consume agua

contaminada y el 68.2% no la consume. Ver ilustración 3.

6

Ilustración 3: Porcentajes de personas por calidad del agua y área de residencia


Fuente: (INEC, 2016)

En los porcentajes de agua contaminada se define los tipos de suministros de donde

la obtienen y que pueden ser:

Llave publica

Agua embotellada

Otras fuentes por tuberías

Carro repartidor o tanquero

Pozos no protegidos

Manantial/vertiente

Agua de lluvia

Ríos

7

La Norma INEM 1108 establece los estándares óptimos de agua potable para

el consumo humano, define ciertos factores químicos y físicos para determinar si el

agua es de calidad o no; estas normas rigen en nuestro país y actualmente el 74,42%

de los GADS Municipales cumplen con los estándares establecidos en el servicio de

gestión de agua potable, mientras que el 25.58% no cumplen con las normas. Este

estudio se detalla en la ilustración 4 a continuación. Ver ilustración 4.

Ilustración 4: Cumplimiento de la Norma INEN 1108 a nivel nacional.



En Ecuador las zonas rurales formadas por recintos, parroquias o comunas es

muy común que no cuenten con un sistema de potabilización de agua, por lo que

recurren a otras alternativas para obtener el líquido vital como la realización de pozos

profundos, que es uno de los métodos que más se utilizan en los sectores más

vulnerables de la población siendo este el único medio que tienen para abastecerse

8

para el riego de sembríos y para uso doméstico (cocinar, lavar platos, lavar ropa,

bañarse, entre otros). La extracción del agua se lleva a cabo de manera manual o con

el uso de maquinaria como bombas de agua que facilitan la extracción y subida del

agua del pozo, también suele ser transportada a los hogares por baldes, barriles o

hasta tanques cuando no se posee una red de distribución interna que muchas veces

es también precaria a través de una conexión por tubería directa al domicilio. Existen

también comunas que poseen un pozo común en donde se llena una cisterna y

distribuye el agua a todos los hogares, esto en un trabajo de forma conjunta entre los

habitantes del sector, conocido como “juntas de agua”.

Muchos de estos pozos de extracción profunda son realizados de manera

artesanal sin ningún tipo de estudio de terrenos para determinar si el agua en ese sitio

es óptima para el consumo humano o si sirve para el riego de cultivos, se la usa sin

conocer el estado de salubridad de la misma, sin medir de alguna forma la calidad del

agua, que puede estar contaminada debido a organismos, bacterias, químicos

filtrados a través del suelo o incluso agua que pasa y se filtra a través de minerales o

zonas de depósitos de basura, que pudiera arrastrar consigo metales pesados o

radioactivos, debido al poco control o mal manejo de los desechos orgánicos,

químicos u hospitalarios de una ciudad cercana.

9

SITUACIÓN CONFLICTO NUDOS CRÍTICOS

Tener un sistema de saneamiento de agua potable es de vital importancia y

ayuda para el desarrollo social y económico de una población, permitiendo tener una

calidad de vida más estable, una salud más óptima y evitando así enfermedades que

afecten con más incidencia a niños y a personas de la tercera edad por su condición

del sistema inmune, debido al consumo de agua insalubre.

Es de conocimiento público el arduo trabajo y propuestas que realizan los

GADS municipales con respecto al servicio de agua potable para poder cumplir con

el objetivo de otorgar una mejor calidad de vida a sus pobladores, satisfaciendo sus

necesidades básicas. Observando la Ilustración 3, según las estadísticas del INEN

aún existen sectores que se ven afectados por la falta de un sistema de agua potable

y se han visto en la necesidad de recurrir a otras medidas, gastando sus recursos

económicos, exponiéndose a enfermedades y afectaciones en la salud que pueden

llegar a ser irreversibles o causando epidemias a la población, por no tener un

monitoreo o control del agua no apta para el consumo humano.

El desarrollo de este dispositivo tiene como finalidad disponer de un medio de

bajo costo con la capacidad de otorgar una ayuda en este aspecto, al recinto el

Cacique y a largo plazo brindar un ahorro económico a las familias que se ven

afectadas en su salud, por la situación de no tener un saneamiento de agua correcto,

pudiendo considerarlo también como un dispositivo de prevención, como resultado de

usar correctamente la tecnología para fines de carácter social.

10

CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA

Tabla 1: Causas y Consecuencias del Problema

CAUSAS CONSECUENCIAS

Uso del agua de pozo sin potabilizar

para uso doméstico, sembríos y

animales sin ningún tipo de control ni

cuidado en el consumo.

Existe un riesgo que afectaría la salud,

al momento de consumir agua sin

potabilizar sin tener un control adecuado

generando enfermedades bacterianas y

problemas estomacales especialmente

en niños y personas de la tercera edad.

Falta de presupuesto en los GAD

municipales para llevar a cabo

proyectos sustentables para otorgar a

todos sus sectores un sistema de

distribución de agua potable.

Disminuye el proceso y financiamiento

de obras que ayuden a los sectores más

vulnerables.

No existe un estudio de terrenos al

momento de realizar un pozo profundo

para el abastecimiento de agua.

Si no se realiza un estudio previo al

terreno no se obtendría un

abastecimiento de agua óptimo, este

puede tener más sedimentos u obtener

un agua con alto grado de conductividad

debido a la presencia de metales tóxicos

o pesados en el subsuelo.

Situación geográfica de ciertos sectores

que imposibilita un conducto por

tuberías subterráneo para el

abastecimiento.

Al existir sectores muy alejados en el

campo donde no cuentan con carreteras

tienden a estar olvidados por las

autoridades.

Elaborado por: Tatiana Ordóñez – Bryan Ponce

Fuente: Datos de la investigación

11

DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA

Este proyecto se direcciona a un sector rural específico conocido como recinto

El Cacique ubicado en la parroquia Junquillal perteneciente al cantón Salitre de la

Provincia del Guayas, el mismo que presenta la problemática de no tener agua

potable y cuyos pobladores mayormente utilizan pozos artesanales para su uso y

consumo.

A continuación, se observa el mapa de la parroquia Junquillal y su ubicación

geográfica con los respectivos límites, indicando la ubicación del recinto El Cacique:

AL Norte ubicado en la afluencia del rio Macul en el rio Pula, al Sur con los cantones

Daule y Salitre, al Este con los cantones de Palestina, Santa Lucía y Daule y al Oeste

con los cantones Vinces, Vernaza y Salitre

Ilustración 5: Ubicación del Recinto El Cacique


Fuente: (Junquillal, 2015)

Recinto Cacique

12

Para el 2015 según la proyección estadística realizada por el INEC el total de

población de la Parroquia Junquillal es de 14.575 habitantes con una extensión de

84,15 has, dentro de los cuales el recinto El Cacique cuenta con 35 viviendas.

(Junquillal, 2015)

Tabla 2: Delimitación del problema

Campo Informática

Área Informática de sensores

Aspecto Diseño de un prototipo que indique niveles de contaminación

del agua.

Tema Diseño y desarrollo de prototipo de un dispositivo de medición

de la calidad del agua de pozos artesanales aplicado en el

recinto El Cacique de la parroquia Junquillal del cantón Salitre.



FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Es de conocimiento general que las personas que viven en las zonas rurales

son familias con un nivel económico bajo que trabajan de manera independiente en

actividades agrícolas sin respaldos de alguna empresa, muchas veces sin tener

afiliación al seguro social por desconocimiento lo que lo convierte en un sector

relativamente vulnerable, por lo que tendríamos que preguntarnos sobre ¿Qué

beneficios obtendrían las familias que viven en el recinto El Cacique al utilizar un

dispositivo que permita medir el nivel de contaminación de sus fuentes de agua en

tiempo real?

13

EVALUACIÓN DEL PROBLEMA

Los aspectos considerados a evaluar en este proyecto son:

Delimitado: El diseño del prototipo para determinar el nivel de contaminación

del agua en los pozos ayudará a determinar el estado del agua que es consumida

normalmente y permitirá cubrir una necesidad básica de salud e higiene a las

personas que viven en el recinto usando tecnología open source y de fácil manejo.

Claro: El proyecto consiste en el diseño de un dispositivo conformado por

sensores que permite determinar el nivel de PH (salinidad, alcalinidad), la turbidez y

la conductividad para conocer de manera aproximada y relativa el nivel de

contaminación del agua en los pozos artesanos, el cual se apoya en un aplicativo que

nos muestra los valores y su interpretación para ayudar a las personas a tomar

medidas de algún tipo en caso de detectar contaminación en el afluente de agua que

usa y sentirse un poco más seguros al consumir dicha agua.

Concreto: Se analizará la problemática y situaciones críticas mediante

encuestas en el sector para obtener resultados claros y precisos, aplicando la

metodología de estudio PPDIO.

Evidente: Este proyecto beneficiará a una población de un sector rural

utilizando el dispositivo como ayuda o complemento para alcanzar una mejor calidad

de vida al evitar posibles enfermedades por consumir agua no potable.

Original: Se realiza el diseño de un dispositivo para verificar la calidad del

agua, de fácil uso y de bajo costo accesible a la población escogida y que entregue

datos claros, fácilmente entendibles y en tiempo real.

Factible: El dispositivo se desarrollará con componentes económicos, que se

encuentran dentro del país, será de un fácil manejo por cualquier persona por ofrecer

14

datos de fácil interpretación, junto con una aplicación gratuita, fácil de descargar y

compatible con dispositivos Android que son los más comunes en el mercado.

OBJETIVOS

Objetivo General:

Desarrollar un dispositivo basado en Arduino que permite determinar la

calidad del agua de pozos, utilizada para el consumo humano en el recinto EL

Cacique de la parroquia Junquillal del cantón Salitre, visualizando los datos por medio

de una aplicación desarrollada en Android.

Objetivos Específicos

Recabar información respecto al funcionamiento y aplicación tanto

software como hardware de controladores y sensores Arduino para la

elaboración del prototipo.

Diseñar y elaborar un dispositivo medidor de calidad de agua en pozos

del recinto El Cacique investigando los índices y estándares de la

calidad del agua permitidos por organizaciones internacionales.

Diseñar una aplicación Android para móvil, que se conecte por

Bluetooth al prototipo, para la visualización de los datos ingresados e

interpretados por los sensores desde un teléfono inteligente.

15

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

La contaminación del agua es uno de los problemas ambientales más graves,

y con más peligrosas consecuencias para la salud humana. Usar la tecnología y sus

avances para contribuir a la sociedad y que los habitantes de este recinto puedan

tener una mejor calidad de vida y un ahorro económico indirecto por solucionar ciertos

problemas de salud y seguir desarrollando sus actividades de forma normal.

Con el diseño del dispositivo de medición de contaminación del agua para el

recinto EL Cacique ubicado en la parroquia Junquillal del cantón Salitre, se busca

otorgar un dispositivo que ayude en el bienestar y desarrollo de las familias del sector

y que sea complementario a otros medios de purificación que tengan los habitantes

otorgando un dispositivo que, a diferencia de los que puedan existir en el mercado,

sea mucho más económico y de fácil manejo, ya que los dispositivos existentes son

de alto costo y de mayor complejidad en su uso además que requieren de un

conocimiento específico para interpretar sus funciones.

Este proyecto que tiene como objetivo la elaboración de un dispositivo para

medir el PH, la conductividad y la turbidez del agua de los pozos o ríos, única fuente

de agua para el consumo diario de los habitantes, por medio de sensores

especializados, permitirá mostrar datos referentes a niveles de contaminación

existentes en pozos de agua del recinto o comunidad donde se utilice. Los datos del

estado que se encuentra el agua serán mostrados en tiempo real a través de una

aplicación desarrollada para Android.

La información sobre los niveles de contaminación podría utilizarse para

modificar hábitos de consumo, desplazar los pozos o hacerlos más profundos o poner

en evidencia la necesidad de un sistema de filtrado de agua para su potabilización.

16

Metodología del proyecto

La metodología a usarse para el desarrollo del proyecto será PPDIO

acompañado de un proceso de investigación bibliográfica y de campo para la

recolección de información necesario para el desarrollo de la propuesta tecnológica,

así como para realizar las pruebas de ensayo de verificación y optimización del

producto. La metodología PPDIO tiene 6 fases de ejecución que permiten la ejecución

del proyecto de una manera ordenada y lógica:

Preparación. - En esta fase se analiza la problemática y los puntos críticos,

se determinan los requerimientos para alcanzar los objetivos del proyecto, se realiza

un levantamiento de información de campo y un análisis de recursos económicos.

Planificación. - El objetivo de esta fase es determinar cada una de las

actividades a realizar, se analizan los requisitos que se necesitan a lo largo del

proyecto.

Diseño. - Se realiza el esquema físico y lógico según los requerimientos

técnicos del proyecto, aquí se define el diagrama de bloques y detalle de los

componentes a utilizar.

Implementación. – Se ejecutan las fases de acuerdo con la planificación de

trabajo establecidas que incluyen el desarrollo del prototipo con su respectivo

instructivo.

Operación. - Se realiza el monitoreo continuo del funcionamiento del

dispositivo, en caso de presentar algún inconveniente o errores se realiza

correcciones o mantenimiento.

Optimización. - Se realiza un análisis para la mejora continua del proyecto,

resolviendo inconvenientes que afecten al funcionamiento del dispositivo, se evalúan

los resultados de las fases anteriores.

17

ALCANCES DEL PROYECTO

Este dispositivo será capaz de identificar el estado del agua por medio de

sensores de PH, turbidez y conductividad.

El dispositivo estará soportado por un microcontrolador Arduino que interactúa

con los valores que entregan los sensores para el procesamiento de la

información que es mostrada a través de una aplicación móvil.

Debe ser de fácil uso y manejo para cualquier persona, no necesita tener

conocimientos técnicos, debido a la población que se tiene prevista.

El prototipo consta de tres bloques o módulos que cumplen las siguientes

funciones:

Primer bloque: Fuente de poder. - Consta de una batería recargable

que alimenta de manera independiente a la placa Arduino y a los

sensores

Segundo bloque: Microcontrolador. - Corresponde a la placa Arduino y

los sensores, el conjunto es programado a través de la plataforma

Arduino IDE.

Tercer bloque: Aplicación móvil para Android. - Interfaz hombre

máquina que se desarrollará mediante la plataforma APP INVENTOR,

que sirve para el monitoreo de datos en tiempo real.

18

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO

En el desarrollo de este capítulo se presentan los dispositivos y elementos de

hardware y software que se utilizará para el diseño del prototipo, dando una breve

explicación y detalle de cada elemento tecnológico necesario para cumplir con los

objetivos del proyecto.

El estudio de campo se efectuó en la cabecera cantonal de Salitre donde está

ubicada la parroquia Junquillal, para conocer la infraestructura e identificar los puntos

críticos de los sistemas de agua que suministra al recinto El Cacique, y de esta

manera realizar mediciones con el fin de verificar la calidad del agua suministrada por

los pozos de la zona, y constatar si cumplen con los mínimos requerimientos de las

normas establecidas para el agua potable.

Según la Organización mundial de la Salud (OMS), “La calidad del agua

potable es una cuestión que preocupa en países de todo el mundo, en desarrollo y

desarrollados, por su repercusión en la salud de la población. Son factores de riesgo

los agentes infecciosos, los productos químicos tóxicos y la contaminación

radiológica”. (Organizacion Mundial de la Salud, 2017), generando un problema social

y una afectación a la salud a largo plazo en estas zonas rurales, esto lo indica la OMS,

“La salubridad y la calidad del agua son fundamentales para el desarrollo y el

bienestar humanos. Proporcionar acceso a agua salubre es uno de los instrumentos

más eficaces para promover la salud y reducir la pobreza.” (Organizacion Mundial de

la Salud, 2017).

Por lo que es un derecho para los pobladores el acceder a un sistema de

abastecimiento de agua correctamente bajo estándares establecidos, esto es una

19

misión de la sociedad y que el país tiene como uno de sus objetivos principales, que

es el bienestar de sus ciudadanos

Un gran porcentaje de las enfermedades en el mundo por infecciones

gastrointestinales, parasitarias son a consecuencia del consumo de agua insalubre la

cual presenta un grado de contaminación que no es perceptible en su mayoría por las

personas que la consumen como parte de su vida cotidiana, siendo los más afectados

los niños y personas de la tercera edad.

El consumo inadecuado de agua contaminada puede acarrear diversos

problemas de salud, ya se puede contraer infecciones por microorganismos o

enfermedades debido al consumo de productos químicos que se utilizan para los

sembríos y que pueden mezclarse con el agua en los pozos. A continuación, se

detalla que enfermedades o infecciones que son comúnmente contraídas por el

consumo indebido de agua no potable.

Enfermedades por consumo de agua contaminada

Hepatitis A

“La hepatitis A es una enfermedad del hígado altamente contagiosa y, a pesar

de que generalmente no suele ser peligrosa, en algunos casos puede evolucionar y

ser fatal cuando no es tratada. La hepatitis A se transmite a través del contacto con

heces contaminada, en este caso con la ingestión de agua contamina con

microorganismos de origen intestinal”. (Frazão, 2019)

Giardiasis

“La giardiasis es una infección del sistema digestivo causada por el parásito

Giardia intestinalis. Su transmisión se realiza a través del consumo de alimentos o de

agua contaminada por heces que contienen quistes del parásito, siendo na

enfermedad infecciosa que se transmite de una persona a otra”. (Frazão, 2019)

20

Amebiasis o Disentería Amebiana

“La amebiasis o disentería amebiana es una infección causada por el

protozoario Entamoeba histolytica, que se instala en el intestino e impide la absorción

de nutrientes importantes para el organismo. Su transmisión se realiza a través del

consumo de alimentos o de agua contaminada por heces que contienen quistes

maduros amebianos”. (Frazão, 2019)

Fiebre Tifoidea

“La fiebre tifoidea es una enfermedad infecciosa causada por la bacteria

Salmonella typhi, y su transmisión es a través del consumo de agua o de alimentos

contaminados con el parásito”. (Frazão, 2019)

Cólera

“El cólera es una infección que ocurre en el intestino, causado por una bacteria

que puede estar presente en agua contaminada o en alimentos, que produce unas

toxinas que desencadenan los síntomas de la enfermedad”. (Frazão, 2019).

Ilustración 6: Agua Contaminada

Fuente: (Frazão, 2019)

21

Signos de que el agua está contaminada

Las personas que habitan zonas rurales son las más expuestas a estas

enfermedades ya que usan de manera directa el agua de pozos, muchas veces el

agua que se encuentra en estos pozos subterráneos se llenan por la infiltración de

lluvia o desbordamiento de ríos. Podemos afirmar que el agua está contaminada

cuando:

Ilustración 7: Signos de que el agua está contaminada

Autores: Tatiana Ordóñez – Bryan Ponce

Fuente: (Frazão, 2019)

Muchas de las bacterias, gérmenes y demás organismos que contaminan el

agua están presentes en los pozos subterráneos de captación de agua que abastecen

a los pobladores; estos microorganismos provienen usualmente de pozos sépticos,

que en épocas de lluvias se desbordan debido a inundaciones, esta agua

contaminada llega tanto al rio como a los pozos de agua subterráneos que son de uso

doméstico y riego de sembríos.

Otras sustancias químicas como fertilizantes y pesticidas que son utilizados

en los sembríos provocan que el subsuelo se contamine pudiendo llegar a las aguas

subterráneas por infiltración del suelo debido a las lluvias y al riego hasta llegar a los

pozos de agua; las zonas rurales que se dedican a la agricultura y específicamente

al sembrío de arroz, en su mayoría también utilizan los pozos para el riego, aparte del

Parece sucia, turbia y con tierra

No se sabe de donde proviene el agua

Se notan pequeñas particulas de suspension en el agua

Poseen algun olor

Tienen una coloracion amarillenta o marron.

22

consumo habitual agravando el problema ya que se dispersa la contaminación a la

población que compra estos productos

“Muchas otras sustancias químicas, algunas de las cuales son potencialmente

tóxicas, pueden contaminarla y se atribuye su presencia a la composición del terreno

y a los vertidos de las explotaciones agrícolas o industriales. Las más frecuentes son

las sustancias orgánicas, los plaguicidas y los fertilizantes” (D´Angelo, 2016).

Como ya sabemos el uso que se le da al agua en las zonas rurales no solo

corresponde para el uso personal y doméstico, también es utilizado para el riego de

sembríos y para bebederos de animales, teniendo la dificultad de separar el agua

para suministro humano y de animales. Según la técnica de extracción de agua en

zonas rurales tenemos la siguiente clasificación:

Ilustración 8: Métodos de abastecimiento

Elaborado por: Tatiana Ordoñez – Bryan Ponce


El abastecimiento por extracción de aguas subterráneas indica la elaboración

de pozos artesanales que pueden ser excavados de manera manual o perforados

mediante el uso de maquinarias perforadoras como lo muestra la Ilustración 9; estos

pozos son realizados en lugares estratégicos del terreno ya sea cerca de un rio o que

Abastecimiento por extraccion de aguas

subterraneas

Cavado

Perforado

Abastecimiento por extraccion de aguas

superficiales

23

el suelo tenga una humedad alta en su mayoría a solo 10 metros de profundidad para

economizar la mano de obra y porque se realizan en poco tiempo, lo que los hace

más probable a contaminarse ya que son pocos profundos, generalmente son

recubiertos de cemento y bloque y en la parte superior se instala una bomba eléctrica

que realiza la extracción del agua. Captación de agua superficial hace referencia al

suministro del líquido vital por medio de ríos, afluentes, lagos, arroyos, etc.

Ilustración 9: Tipos de pozos de agua


Fuente: (Bogotá, s.f.)

Ilustración 10: Pozo del recinto El Cacique.



24

FUNDAMENTACIÓN TEORICA

IMPLEMENTACIÓN DEL DISPOSITIVO

Este prototipo está diseñado para el uso de las personas del recinto El

Cacique ubicado en el cantón Salitre, cuyas familias tienen por necesidad, pozos de

agua para el suministro y consumo de agua ya que no cuentan con una red de

suministro de agua potable, estos pozos están hechos de manera artesanal sin ningún

estudio previo al terreno o a la calidad del agua que abastecen, muchos de estos

pozos están solo tapados con tablas de madera o incluso hojas de zinc, lo q los hace

más probables a contaminarse.

Con este dispositivo que puede verificar en cierto grado la calidad del se

pueden tomar medidas de seguridad y prevención además de poderlo utilizar como

un complemento de prevención para las familias del recinto. A continuación, se indica

un esquema de construcción del prototipo de medidor de calidad de agua.

Ilustración 11: Prototipo de Medidor de calidad del agua



SensoresArduino Mega

Medidor de

calidad del agua

Bluetooth

Aplicación

25

Arduino

Es una placa formada por microcontroladores que puede ser programable

permitiendo crear diferentes tipos de micrordenadores, consta de puertos seriales

hembra en el cual se pueden conectar drivers y sensores para diferentes usos,

permitiendo configurar o programar mediante un código abierto, Arduino permite que

los usuarios puedan crear sus propias placas a partir de una misma base por lo que

es de hardware y software libre. En la Ilustración 11 se observa diferentes tipos de

placas Arduino:

Ilustración 12: Tipos de placa Arduino


Fuente: (FM Yubal, 2018)

Arduino nos sirve para controlar elementos desarrollados de manera

autónoma acompañados de dispositivos que interactúan entre sí por medio de un

software complementando al hardware. También podemos afirmar que “Arduino es

una placa basada en un microcontrolador ATMEL. Los microcontroladores son

26

circuitos integrados en los que se pueden grabar instrucciones, las cuales las escribes

con el lenguaje de programación que puedes utilizar en el entorno Arduino IDE, estas

instrucciones permiten crear programas que interactúan con los circuitos de la placa”

(FM Yubal, 2018). En la Ilustración 12 se detalla la interacción entre el usuario

programador y el ambiente Arduino.

Ilustración 13: Elementos de un ambiente Arduino

Elaborado por: Tatiana Ordóñez Contreras – Bryan Ponce

Fuente: (Ardublock, 2014)

27

Sensor

Es un dispositivo electrónico que capta señales o magnitudes y es capaz de

transformarla de tal manera que la podamos interpretar mediante datos, hoy en día

podemos encontrar variedades de tipos de sensores desde los más comunes hasta

los más complejos, a continuación, en la Ilustración 13 se muestra algunos de los

tipos de sensores:

Ilustración 14: Tipos de sensores

Elaborado por: Tatiana Ordóñez Contreras – Bryan Ponce

Fuente: (Clishman Félix Villavicencio, 2016)

“Los sensores, en definitiva, son artefactos que permiten obtener información del

entorno e interactuar con ella. Así como los seres humanos apelan a su sistema

sensorial para dicha tarea, las máquinas y los robots requieren de sensores para la

interacción con el medio en el que se encuentran.” ( Julián Pérez Porto y Ana Gardey,

2010).

28

Android

“Android. Es un Sistema Operativo además de una plataforma de Software basada

en el núcleo de Linux. Diseñada en un principio para dispositivos móviles. Android

permite controlar dispositivos por medio de bibliotecas desarrolladas o adaptadas por

Google mediante el lenguaje de programación Java.” (Angel Vilchez, 2009)

Ilustración 15: Arquitectura Android

Elaborado por: Mirian García

Fuente: (Garcia, 2016)

Redes inalámbricas de área personal (WPAN)

Una red inalámbrica permite que dos equipos o más puedan estar

comunicados de manera remota, sin necesidad del uso de cableado desplazándose

dentro de una determinada área geográfica, hoy en día existen muchas tecnologías

basadas en redes inalámbricas y se diferencian por su velocidad de transmisión,

frecuencia y alcance en el que trabajan.

29

“Las redes inalámbricas permiten que los dispositivos remotos se conecten

sin dificultad, ya se encuentren a unos metros de distancia como a varios kilómetros.

Asimismo, la instalación de estas redes no requiere de ningún cambio significativo en

la infraestructura existente como pasa con las redes cableadas. Tampoco hay

necesidad de agujerear las paredes para pasar cables ni de instalar porta cables o

conectores. Esto ha hecho que el uso de esta tecnología se extienda con rapidez.”

(Villagómez, CCM Benchmark, 2017). En la ilustración 15 se muestran los tipos de

redes inalámbricas existentes.

Ilustración 16: Tipos de redes inalámbricas

Fuente: (Villagómez, CCM Benchmark, 2017)

Para este proyecto se utilizará la red inalámbrica Bluetooth para la

comunicación entre el prototipo y la aplicación.

Bluetooth

“Existen varios tipos de tecnología WPAN. La principal es bluetooth, lanzada

por Ericsson en 1994. Ofrece una velocidad máxima de 1 Mbps con un alcance

máximo de unos treinta metros. La tecnología bluetooth, también conocida como IEEE

30

802.15.1, tiene la ventaja de tener un bajo consumo de energía, algo que resulta ideal

para usarla en periféricos de pequeño tamaño.” (Villagómez, CCM Benchmark, 2018)

Ilustración 17: Conectividad Bluetooth

Fuente: (Martínez, 2014)

FUNDAMENTACIÓN SOCIAL

El diseño y elaboración de un dispositivo destinado a la comunidad rural o de

escasos recursos, realza el esfuerzo de la elaboración de este proyecto para aportar

en el uso de la tecnología en beneficios de los sectores más vulnerables con el

objetivo de mejorar su calidad de vida y contribuir con el progreso de las personas

que son parte de este grupo vulnerable. Es un deber y obligación para la educación

superior fomentar y ayudar en la investigación y desarrollo científico en beneficio de

los ciudadanos de estos sectores de la población.

Se basa en las necesidades actuales del sector de estudio (recinto El

Cacique), en conjunto con las familias que lo conforman, se puede indicar que el

dispositivo tendrá un impacto positivo en dicha comunidad ya que es de fácil manejo

y sobre todo beneficia a las personas aportando cierta seguridad al momento de

consumir agua de los pozos o ríos cercanos a sus viviendas.

31

FUNDAMENTACIÓN LEGAL

Este proyecto de tesis se encuentra dentro del marco legal demostrado a continuación

correspondiente a los artículos que conforman la Constitución de la República del

Ecuador actualmente.

Título II

Derechos

Capitulo II

Derechos del Buen Vivir

Sección III

Comunicación e información

Art 16.- Todas las personas, en forma individual o colectiva, tienen derecho a:

2.- El acceso universal a las tecnologías de información y comunicación

Sección VIII

Ciencia, Tecnología, Innovación y saberes ancestrales

Art. 385.- El sistema nacional de ciencia, tecnología, innovación y saberes

ancestrales, en el marco del respeto al ambiente, la naturaleza, la vida y la soberanía,

tendrá como finalidad:

1.- Generar, adaptar y difundir conocimientos científicos y tecnológicos.

3.- Desarrollar tecnologías e innovaciones que impulsen la producción nacional,

eleven la eficiencia y productividad, mejoren la calidad de vida y contribuyan a la

realización del buen vivir.

32

Titulo VI

Pertinencia

Capítulo I

Del principio de Pertinencia

Art. 107.- Principio de pertinencia.- El principio de pertinencia consiste en que la

educación superior responda a las expectativas y necesidades de la sociedad, a la

planificación nacional, y al régimen de desarrollo, a la prospectiva de desarrollo

científico, humanístico y tecnológico mundial, y a la investigación y actividades de

vinculación con la sociedad, a la demanda académica, a las necesidades de

desarrollo local, regional y nacional, a la innovación y diversificación de profesiones y

grados académicos, a las tendencias del mercado ocupacional local, regional y

nacional, a las tendencias demográficas locales, provinciales y regionales; a la

vinculación con la estructura productiva actual y potencial de la provincia y la región,

y las políticas nacionales de ciencia y tecnología.

“CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS

CREATIVIDAD E INNOVACIÓN”

Capítulo II

Acceso y soberanía del conocimiento en entornos digitales e informáticos

Art. 39.- Acceso universal, libre y seguro al conocimiento en entornos digitales.- El

acceso al conocimiento libre y seguro en entornos digitales e informáticos, mediante

las tecnologías de la información y comunicaciones desarrolladas en plataformas

compatibles entre sí; así como el despliegue en infraestructura de

telecomunicaciones, el desarrollo de contenidos y aplicaciones digitales y la

apropiación de tecnologías, constituyen un elemento transversal de la economía

social de los conocimientos, la creatividad y la innovación y es indispensable para

lograr la satisfacción de necesidades y el efectivo goce de derechos. El acceso

universal, libre y seguro al conocimiento en entornos digitales es un derecho de las y

los ciudadanos

33

Capitulo III

De los derechos de autor

Sección II

Objeto

Art. 104.- Obras susceptibles de protección. - La protección reconocida por el

presente Titulo recae sobre las obras literarias, artísticas y científicas, que sean

originales y que puedan reproducirse o divulgarse por cualquier forma o medio

conocido o por conocerse.

Las obras susceptibles de protección comprenden, entre otras, las siguientes:

7.- Proyectos, planos, maquetas y diseños de obras arquitectónicas y de ingeniería.

12.- Software.

DECRETO EJECUTIVO N° 10014

DEL SOFTWARE LIBRE

Art. 2.- Se entiende por Software Libre, a los programas de computación que se

pueden utilizar y distribuir sin restricción alguna, que permitan su acceso a los códigos

fuentes y que sus aplicaciones puedan ser mejoradas.

Estos programas de computación tienen las siguientes libertades:

Utilización del programa con cualquier propósito de uso común.

Distribución de copias sin restricción alguna.

Estudio y modificación del programa (requisito: código fuente disponible)

Publicación del programa mejorado (Requisitos: código fuente disponible)

34

Art. 3.- Las entidades de la Administración Publica previa la instalación del software

libre en sus equipos, deberán verificar la existencia de capacidad técnica que brinde

el soporte necesario para el uso de este tipo de software.

Art. 4.- Se faculta la utilización de software propietario (no libre) únicamente cuando

no exista una solución de Software Libre que supla las necesidades requeridas, o

cuando esté en riesgo la seguridad nacional, o cuando el proyecto informático se

encuentre en un punto de no retorno.

Para efectos de este decreto se comprende como seguridad nacional, las garantías

para la supervivencia de la colectividad y la defensa de patrimonio nacional.

Para efectos de este decreto se entiende por un punto de no retorno, cuando el

sistema o proyecto informático se encuentre en cualquiera de estas condiciones:

Sistemas en producción funcionando satisfactoriamente y que en un

análisis de costo beneficio muestre que no es razonable ni conveniente una

migración a Software Libre.

Proyecto en estado de desarrollo y que un análisis de costo- beneficio

muestre que no es conveniente modificar el proyecto y utilizar Software

Libre.

Periódicamente se evaluarán los sistemas informáticos que utilizan software

propietario con la finalidad de migrarlos a Software Libre.

Ley de Propiedad Intelectual

Sección V

Disposiciones especiales sobre ciertas obras

Párrafo primero

De los programas del ordenador

Art. 28.- Los programas de ordenador se consideran obras literarias y se protegen

como tales. Dicha protección se otorga independientemente de que hayan sido

incorporadas en un ordenador y cualquiera sea la forma en que estén expresados, ya

sea en forma legible por el hombre (código fuente) o en forma legible por maquina

(código objeto), ya sean por programas operativos y programas aplicativos,

35

incluyendo diagramas de flujo, planos, manuales de uso, y en general, aquellos

elementos que conformen la estructura, secuencia y organización del programa.

Art. 29.- Es titular de un programa de ordenador, el productor, esto es la persona

natural o jurídica que toma la iniciativa y responsabilidad de la realización de la obra.

Se considerará titular, salvo prueba en contrario, a la persona cuyo nombre conste en

la obra o sus copias de la forma usual.

Dicho titular esta además legitimado para ejercer en nombre propio los derechos

morales sobre la obra, incluyendo la facultad para decidir sobre su divulgación.

El productor tendrá el derecho exclusivo de realizar, autorizar o prohibir la realización

de modificaciones o versiones sucesivas del programa, y de programas derivados del

mismo.

Las disposiciones del presente artículo podrán ser modificadas mediante acuerdo

entre los autores y el productor.

Capítulo cuarto

Régimen de competencias

Art. 264.- Los gobiernos municipales tendrán las siguientes competencias exclusivas

sin perjuicio de otras que determine la ley:

4. Prestar los servicios públicos de agua potable, alcantarillado, depuración de aguas

residuales, manejo de desechos sólidos, actividades de saneamiento ambiental y

aquellos que establezca la ley.

Capítulo quinto

Sectores estratégicos, servicios y empresas públicas

Art. 314.- El Estado será responsable de la provisión de los servicios públicos de agua

potable y de riego, saneamiento, energía eléctrica, telecomunicaciones, vialidad,

infraestructuras portuarias y aeroportuarias, y los demás que determine la ley.

El Estado garantizará que los servicios públicos y su provisión respondan a los

principios de obligatoriedad, generalidad, uniformidad, eficiencia, responsabilidad,

universalidad, accesibilidad, regularidad, continuidad y calidad. El Estado dispondrá

36

que los precios y tarifas de los servicios públicos sean equitativos, y establecerá su

control y regulación.

Art. 318.- El agua es patrimonio nacional estratégico de uso público, dominio

inalienable e imprescriptible del Estado, y constituye un elemento vital para la

naturaleza y para la existencia de los seres humanos. Se prohíbe toda forma de

privatización del agua. La gestión del agua será exclusivamente pública o comunitaria.

El servicio público de saneamiento, el abastecimiento de agua potable y el riego serán

prestados únicamente por personas jurídicas estatales o comunitarias. El Estado

fortalecerá la gestión y funcionamiento de las iniciativas comunitarias en torno a la

gestión del agua y la prestación de los servicios públicos, mediante el incentivo de

alianzas entre lo público y comunitario para la prestación de servicios.

El Estado, a través de la autoridad única del agua, será el responsable directo de la

planificación y gestión de los recursos hídricos que se destinarán a consumo humano,

riego que garantice la soberanía alimentaria, caudal ecológico y actividades

productivas, en este orden de prelación. Se requerirá autorización del Estado para el

aprovechamiento del agua con fines productivos por parte de los sectores público,

privado y de la economía popular y solidaria, de acuerdo con la ley.

Sección cuarta

Hábitat y vivienda

Art. 375.- El Estado, en todos sus niveles de gobierno, garantizará el derecho al

hábitat y a la vivienda digna, para lo cual:

6. Garantizará la dotación ininterrumpida de los servicios públicos de agua potable y

electricidad a las escuelas y hospitales públicos.

37

CAPÍTULO III

PROPUESTA TECNOLÓGICA

El desarrollo de este prototipo tiene como finalidad otorgar un dispositivo de

bajo costo que sirva de ayuda a la comunidad y mejorar la calidad de vida de las

familias que se ven afectadas por la situación de no tener una potabilización de agua

correcta, es un dispositivo de prevención que trabajará como complemento en la vida

de los pobladores del recinto El Cacique.

Actualmente existen dispositivos medidores de calidad del agua, que ofrecen

diversos tipos de medición y ayuda al usuario, en Ecuador el desarrollo de dispositivos

tecnológicos para medir la contaminación del agua crece de manera poniendo como

ejemplo el medidor de agua PCE-CM 41 de la empresa española PCE – Instruments

hace posible la medición del valor de conductividad, la suma de toda la materia sólida

o sales disueltas (TDS - Total Disolved Solids) y la temperatura a un costo de $650,00.

Ilustración 18: Medidor de agua PCE-CM 41


Fuente: (PCE-Instruments, s.f.)

La empresa ecuatoriana Hanna Instruments presenta su sensor

multiparamétrico HI9829, es un medidor portátil impermeable que mide hasta 14

parámetros diferentes de la calidad del agua, posee un sensor múltiple con

microprocesador que permite la medición de parámetros clave que incluyen al pH,

38

conductividad, oxígeno disuelto, turbidez, amonio, cloruro, nitrato y temperatura, la

sonda transmite las lecturas de forma digital, a un costo elevado de $3292,00.

Ilustración 19: Medidor de calidad de agua HI9829


Fuente: (Instruments, s.f.)

Este proyecto consiste en la elaboración de un dispositivo que nos informe el

nivel de contaminación de los pozos de agua artesanales que utilizan las familias del

recinto El Cacique; este prototipo está conformado por un sistema de sensores que

permiten determinar el nivel de PH (ácido o alcalino), la turbidez del agua y el nivel de

conductividad apoyado con un aplicativo para teléfonos móviles que se conectará por

medio de bluetooth para mostrar los valores medidos e interpretados de manera

sencilla en tiempo real. Esta fácil lectura ayudará a las personas a tomar medidas si

tiene un caso de contaminación de su pozo o sentirse seguros de consumir el agua

si esta está dentro de los límites pre establecidos como apto para el consumo

humano.

Para el modelamiento de este proyecto tecnológico se diseñó un prototipo

basado en una tecnología Open Source como es la tecnología Arduino y que será

programado para analizar y mostrar la calidad de la muestra de agua. La toma de

datos se realiza a través de sensores especializados en un análisis especifico y

39

enviaran la información al microcontrolador Arduino Mega y que por medio de un

módulo de comunicación inalámbrica Bluetooth, enviará los datos ya procesados a la

aplicación del teléfono del usuario que puede leer los datos ya interpretados sin mayor

análisis como una de las funciones antes expuestas en los alcances del prototipo.

ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD

Se ha realizado un análisis de las características requeridas para el diseño y

posterior implementación del dispositivo con la ayuda de los resultados de las

factibilidades por área de competencia involucradas en el proyecto, las cuales son:

Factibilidad Técnica

Factibilidad Económica

Factibilidad Operacional

Factibilidad Legal

Adicionalmente con la elaboración de encuestas realizadas en la población

que habita en el sector de interés, se determinó el impacto que tendría el dispositivo

no solo en el recinto el Cacique sino también en otros recintos que forman parte de la

parroquia Junquillal del cantón Salitre.

Factibilidad Técnica

Se considera factible la elaboración del hardware ya que, para el diseño del

dispositivo, se utilizó elementos de fácil acceso, adquiridos dentro del país y de

precios accesibles, adicionalmente por ser tecnología Open Source, el

microcontrolador Arduino que se considera un dispositivo de bajo costo, se programó

usando un software gratuito.

Para el desarrollo de la aplicación también lo consideramos factible ya que se

lo realizo con la plataforma de App Inventor que también es Open Source y no

representó gastos económicos, es una aplicación relativamente fácil de usar ya que

40

el desarrollo se realiza mediante capas o bloques, obteniendo una aplicación para el

sistema operativo Android compatible con la mayoría de los teléfonos inteligentes,

teniendo en consideración que en la actualidad la mayoría de los teléfonos son

smartphones, con el cual el usuario final podrá leer los resultados en tiempo real

cuando se realice la medición.

A continuación, en la tabla 3 se muestra el funcionamiento del dispositivo

detallando el criterio de diseño y los objetivos a cumplir.

Tabla 3: Características de diseño del dispositivo

CARACTERISTICAS DE DISEÑO

CRITERIOS OBJETIVOS

Detección de acidez y alcalinidad. Determinar el nivel de PH en el agua e indicar

si está en el rango correcto para consumo

humano

Detección de sólidos y coloración. Mostrar valores de turbidez mediante medición

de la dispersión de la luz

Detección de salinidad o metales

disueltos

Determinar si presenta componentes iónicos

provenientes de la disolución de metales

midiendo la conductividad del agua

Administración de aplicación para

el usuario

Desarrollar una interfaz amigable de fácil

manejo y comprensión de resultados de la

medición para el usuario.

Alimentación del dispositivo El dispositivo será alimentado mediante una

batería recargable de 5 voltios.



41

Factibilidad Operacional

Este dispositivo fue desarrollado como ayuda o beneficio a las personas de

sectores rurales, como recintos, comunas entre otros, en este proyecto está enfocado

en los pobladores del recinto el Cacique y de recintos alrededores que utilizan pozos

artesanales para el suministro del agua a sus hogares, otorgando un dispositivo de

fácil manejo para el usuario y que muestra datos en tiempo real.

Con la ayuda de encuestas realizadas en campo a los recintos que pertenecen

a la parroquia Junquillal del cantón Salitre podemos determinar los siguientes

resultados del análisis de la factibilidad operacional:

De la pregunta 4 de la encuesta realizada, se determinó que la mayoría de los

pobladores (55%), para purificar el agua, proceden a hervirla antes de consumirla, el

resto de pobladores utiliza métodos poco funcionales como el cloro, sin saber qué

cantidades utilizar por cada litro en la mayoría de los casos, filtros que por el costo no

siempre suelen cambiarlos en el tiempo ideal o por el uso que se les da.

Se obtiene un 100% de aceptación en las preguntas 6, 7, 8 y 9 en las que se

determina la necesidad de las familias del recinto de contar con un dispositivo de

prevención de posibles enfermedades a causa de la ingesta de agua contaminada.

En la pregunta 10, en su totalidad (100%), los pobladores del recinto están

dispuestos a pagar un valor entre $150 y $200 siendo el rango más económico

expuesto en la encuesta realizada.

Con estos resultados se determinó la factibilidad operacional que posee el

prototipo debido al grado de aceptación que tuvo en las encuestas, por parte de los

pobladores de los recintos, cumpliendo con los alcances que se expusieron en el

capítulo 1.

42

Hardware a utilizar

Procedemos a dar detalle de los elementos utilizados que conforman la

elaboración del prototipo:

Sensor de pH

Electrode e201-bnc

En muchos dispositivos que sirven para medir el estado del agua se integra

un sensor de pH, este sensor juega un papel importante al momento de medir el nivel

de contaminación del agua, la variable que mide es justamente el pH y nos determina

si un líquido es acido o alcalino; trabaja bajo una escala numérica que va del 0 al 14.

Ilustración 20: Sensor de pH

Fuente: (https://www.phidgets.com/docs/PH/ORP_Sensor_Primer, s.f.)

“Los datos de las mediciones que se obtienen por medio de este medidor, se

expresan en términos de la actividad de los iones de hidrógeno. El pH tiene un valor

que está directamente relacionado con las proporciones y concentraciones de

hidrógeno y de hidroxilo”. (Crisol, s.f)

El pH se define como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los

iones hidrógeno:

𝑝𝐻 = −𝑙𝑜𝑔10 𝑎𝐻 +

Las mediciones de acidez y alcalinidad están basadas en las concentraciones

de hidrógeno (H+) e hidroxilo (OH-), determinando que si existe una mayor

concentración iónica de (H+) entonces se considera como ácida y tendrá un valor de

43

pH menor a 7, por el contrario, si tiene más iones de (OH-) será alcalina y tendrá un

valor de pH mayor a 7, y si los valores de iones de hidrogeno es igual al valor de los

iones de hidroxilo entonces su valor será neutro con un valor de pH 7. Según la OMS

el rango ideal del agua para poder consumirla es de 6.5 hasta 7.5, siendo la ideal de

pH 7. En la Ilustración 20 se muestra la tabla de escala de niveles de pH en diferentes

líquidos identificado por colores.

Ilustración 21: Escala del pH

Fuente: (https://comofuncionaque.com/como-funcionan-los-medidores-de-

ph-y-su-importancia-en-los-cultivos/, Como funciona que?, 2017)

¿Cómo funciona?

El sensor de pH básicamente está formado por dos elementos: una bobina

móvil que actúa como medidor o también puede ser digital, trae una sonda en donde

se encuentran alojados dos electrodos, el funcionamiento consiste en que estos

electrodos al estar dentro de un líquido permitan fluir la electricidad formando un

circuito cerrado, estos electrodos el más importante está hecho de vidrio mientras que

el segundo electrodo es llamado “de referencia”, ambos suspendido en una solución

de cloruro de potasio, cuando se sumerge los electrodos en el líquido sucede un

intercambio de iones, esto crea un grado diferente de actividad de iones entre los

electrodos lo que resulta una carga eléctrica diferente, lo que produce una diferencia

de voltaje entre el electrodo de vidrio y el de referencia dando como resultado una

medida que representa el valor de pH.

44

Ilustración 22: Elementos del sensor de pH


Fuente: (Calderón, 2013)

El sensor adquirido para la elaboración del dispositivo es del modelo pH

electrode e201-bnc y consta de tres elementos:

Sensor de pH.

Cable de conexión entre sensor y driver

Tarjeta acondicionadora de conversión a Arduino.

Tabla 4: Detalles técnico del sensor de pH

Especificaciones Detalle

Dimensiones 160 X 12 mm

Rango Ph 0 ~ 14

Punto cero (Ph) 7±0.5

Temperatura 0 ~ 80 °C

Ruido 0.5 mV

Salida Análoga

Alimentación de entrada 5 V


Fuente: (https://www.nextiafenix.com/producto/sonda-ph-e201-bnc/, s.f.)

Electrodo de

referencia Electrodo

de vidrio

45

Sensor de Turbidez

Analógico Sen 0189

La medición de la turbidez es una prueba que determina la calidad y

transparencia del agua. El sensor de turbidez tiene como función principal detectar

partículas suspendidas en el agua provocando que la luz que pasa al sensor se

disperse, interpretando que mientras mayor sea la dispersión de luz mayor es la

turbidez del agua. Se considera partículas suspendidas a sedimentos tales como

arcilla, arenillas o cualquier otro solido disuelto, además de microorganismos como

bacterias; el color del agua también es un indicativo de turbidez.

La turbidez se mide en Unidades Nefelométricas de turbidez, o Nephelometric

Turbidity Unit (NTU), según la OMS, la turbidez del agua para consumo humano no

debe superar los 2 NTU y estar idealmente por debajo de 1 NTU.

Ilustración 23: Sensor de turbidez más tarjeta acondicionadora

Fuente: (https://articulo.mercadolibre.com.ec/MEC-421468146-kit-sensor-de-

turbidez-tarjeta-acondicionadora-arduino-_JM?quantity=1, s.f.)

¿Cómo funciona el Sensor de turbidez Sen0189?

Se mide la cantidad de solidos suspendidos totales (TSS) en el agua, estos

son testados por el foto-sensor mediante la transmisión de luz y la velocidad de

dispersión que varía, a mayor cantidad de TTS mayor dispersión y a su vez el nivel

46

de turbidez aumenta en el agua. Este sensor tiene los dos modos de señal de salida

analógica y digital.

El sensor de turbidez se utiliza para realizar mediciones en pozos

subterráneos, ríos, caudales, arroyos, etc., El sensor adquirido para la elaboración

del dispositivo es del modelo Sen0189 y consta de tres elementos:

Sensor de turbidez.

Cable de conexión entre sensor y driver

Tarjeta acondicionadora de conversión a Arduino.

A continuación, se muestran las especificaciones técnicas del sensor de

turbidez Sen 0189.

Tabla 5: Especificaciones técnicas Sensor de Turbidez Sen 0189


Voltaje de operación 5V DC

Corriente 40mA (MAX)

Tiempo de respuesta <500ms

Método de salida Análogo

Salida analógica 0-4.5V

Salida digital High/Low (Se puede ajustar el valor de

umbral al ajustar el potenciómetro)

Temperatura de operación -30ºC - 80ºC

Temperatura de almacenamiento -10- 80ºC

Peso 30 gramos


Fuente: (https://articulo.mercadolibre.com.ec/MEC-421468146-kit-sensor-de-

turbidez-tarjeta-acondicionadora-arduino-_JM?quantity=1, s.f.)

47

Sensor de Conductividad

Este sensor no se pudo conseguir en el mercado ya que este dispositivo

electrónico no viene para ser conectado directamente al Arduino, viene como un

equipo completo con precios muy elevados por lo que se procedió a elaborar un

sensor de manera artesanal, con materiales apropiados teniendo resultados

bastantes fiables para un prototipo. Los materiales usados para la elaboración de este

dispositivo se enumeran a continuación.

Materiales

2 cable coaxial 15 cm de largo

2 alambre de nicrom de 10 cm (Cromo – Níquel)

2 cables puente de cobre de 10 cm cada uno

Material termo retráctil: 2 tiras finas de 15 cm

Estaño y pasta para soldar

Cautín

Ilustración 24: Materiales a utilizar



48

Proceso de elaboración

1. Se pelan los cables de cobre aproximadamente 1 cm y se sueldan cada uno

a cada extremo del alambre nicrom.

Ilustración 25: Proceso de soldadura de alambres



2. Se introduce cada tira soldada en un material termo retráctil y se ajusta

dándole calor al material, obteniendo dos tiras protegidas.

Ilustración 26: Material termo retráctil



49

Se retira el alambre central de cobre del cable coaxial y se introduce las dos

tiras antes soladas al interior, usando la malla del coaxial puesto a tierra, como

pantalla aislante de interferencia, de tal forma que solo sobre 1 cm de la punta del

alambre de nicrom, para minimizar cualquier tipo de inducción electromagnética

externa provocada especialmente por el contacto con la persona que está realizando

la medición.

Ilustración 27: Elaboración de sensor



Así obtenemos nuestro sensor de conductividad la cual una va al puerto

analógico del Arduino mega y la otra a la fuente de 5 V.

Ilustración 28: Sensor de Conductividad



50

¿Cómo funciona el sensor de conductividad?

Se pone a nivel alto un pin digital para lanzar un pulso de 5 V y medir de esta

manera la conductividad eléctrica. Se llama a la función programada en el Arduino,

que pasa este valor analógico a una escala de valores compatible con los rangos pre

programados en el Arduino para comparación. Esto se logra multiplicando el valor

medido en voltios por 5.0 y dividiendo por 1024 que son los pasos o escala en la cual

miden las interfaces del Arduino. El siguiente paso es pasar el valor de la

conductividad eléctrica de voltios a MicroSiemens (uS)/cm, para obtener el valor de

conductividad. Para el caso de que sea negativo se considera una conductividad de

0 ms/cm. El rango de aceptabilidad según los estándares de la OMS debe ser igual o

menor a 0.5, donde un valor mayor significa mayor conductividad y por lo tanto un

indicio de tener metales disueltos en la muestra analizada.

Módulo Bluetooth

Es una tarjeta que básicamente permite una conexión inalámbrica segura

entre diferentes dispositivos ya sea entre microcontroladores, entre computadoras y

microcontroladores y entre tablets, Smartphones y microcontroladores, es de fácil

configuración y viene integrada un diodo led rojo que alerta cuando se establece la

conexión.

Ilustración 29: Módulo Bluetooth Hc-05


Fuente: (Caldas, s.f.)

51

Existen dos tipos de módulos según la configuración en que trabajan, puede

ser de modo master o modo esclavo, el módulo Hc-05 trabaja en los dos modos,

viniendo esclavo por defecto.

Modulo bluetooth hc-05 como Esclavo:

Si se configura de forma esclavo, esta espera a que se efectúe la conexión

con otro dispositivo bluetooth para poder realizar la comunicación, este es el método

de comunicaciones entre computadoras, celulares, etc.

Modulo bluetooth hc-05 como Máster:

En este método de configuración, el modulo establece la conexión y solo

puede conectarse con un módulo esclavo, este método de conexión se realiza entre

módulos bluetooth, en la siguiente tabla se detallan especificaciones técnicas del

módulo a utilizar.

Tabla 6: Especificaciones técnicas de Modulo Bluetooth Hc-05.


Fuente: (Caldas, s.f.)


Bluetooth v2.0 + EDR (Enhanced Data Rate)

Frecuencia de operación: 2.4 GHz, banda ISM

Potencia de emisión ≤ 4 dBm, Clase 2

Alcance 5 m a 10 m

Sensibilidad ≤ -84 dBm a 0.1% BER

Velocidad Asincrónica: 2.1 Mbps (max.)/160 kbps,

sincrónica: 1 Mbps/1 Mbps

Voltaje de alimentación 3.6 V a 6 V

Perfiles Puerto serial Bluetooth

Dimensiones totales 1.7 cm x 4 cm aprox.

52

Arduino Mega

“El Arduino Mega es probablemente el microcontrolador más capaz de la

familia Arduino. Posee 54 pines digitales que funcionan como entrada/salida; 16

entradas análogas, un cristal oscilador de 16 MHz, una conexión a puerto USB, un

botón de reseteo y una entrada para la alimentación de voltaje a la placa. La

comunicación entre la computadora y Arduino se produce a través del Puerto Serie”.

(González, 2013).

Ilustración 30: Arduino Mega


Fuente: (González, 2013)

El Arduino mega tiene como función principal ejecutar los códigos

desarrollados en su plataforma para el procesamiento de los datos recogidos por los

sensores de pH, turbidez y conductividad, para así emitir la información hacia la

aplicación e informar al usuario por medio del dispositivo móvil los datos

interpretados.

53

Tabla 7: Especificaciones técnicas de Arduino mega.


Microcontrolador ATmega2560

Voltaje Operativo 5 V

Voltaje de Entrada 7-12V

Voltaje de Entrada(límites) 6-20V

Pines digitales de Entrada/Salida 54

Pines análogos de entrada 16

Corriente DC por cada Pin Entrada/Salida 40 mA

Corriente DC entregada en el Pin 3.3V 50 mA

Memoria Flash 256 KB

SRAM 8KB

EEPROM 4KB

Clock Speed 16 MHz


Fuente: (González, 2013)

Cables puente Hembra y Macho

Estos cables nos facilitarán realizar las interconexiones que realizaremos

entre el Arduino mega y los drivers de los sensores, para interconectar módulos y

enviar pulsos eléctricos a las entradas seriales de nuestro prototipo, son fáciles de

usar ya que solo se conectan y no necesitan soldarse por lo que los hace de fácil uso

y rápidos de usar, se pueden utilizar en placas de protoboard para pruebas o

directamente en tarjetas y módulos, además los podemos reutilizar en futuros

proyectos.

54

Ilustración 31: Cable puente hembra y macho


Fuente: (https://www.nextiafenix.com/producto/cable-dupont-macho-hembra/, s.f.) Software a utilizar

APP Inventor

“AppInventor es un entorno de desarrollo de software creado por Google para

la elaboración de aplicaciones destinadas al sistema operativo de Android. El lenguaje

es gratuito y se puede acceder fácilmente de la web. Las aplicaciones creadas con

AppInventor están limitadas por su simplicidad, aunque permiten cubrir un gran

número de necesidades básicas en un dispositivo móvil”. (Miguel Angel Abellán, s.f.)

Esta herramienta es de fácil uso, su programación es diseñada por bloques a

gustos e intuición del diseñador, al finalizar el desarrollo se podrá publicar en internet,

cabe mencionar que solo será descargada por teléfonos Android, así nos permite

crear nuestra aplicación del usuario en formato apk que estará alojada en la nube.

Ilustración 32: Logo de MIT App Inventor

Fuente: (https://www.tuappinvetorandroid.com/aprender/, s.f.)

55

Software Arduino

“El software de Arduino es un IDE, entorno de desarrollo integrado Es un

programa informático compuesto por un conjunto de herramientas de programación.

El IDE de Arduino es un entorno de programación que ha sido empaquetado como un

programa de aplicación; es decir, consiste en un editor de código, un compilador, un

depurador y un constructor de interfaz gráfica (GUI)”. (Arduino, 2017).

Ilustración 33: Software Arduino

Elaborado por: Tatiana Ordóñez – Bryan Ponce Fuente: (Arduino, 2017)

Con el software IDE se realizó la programación de los sensores en la tarjeta

Arduino Mega, obteniendo así el prototipo con las siguientes especificaciones:

56

Tabla 8: Especificaciones técnicas del dispositivo

Prototipo de medidor de agua

Especificaciones

Batería recargable 5 voltios

Bluetooth V.2

Arduino Mega

Sensor de pH e201-bnc

Sensor de turbidez Sen 0189

Sensor de conductividad realizado didácticamente



Ilustración 34: Detalle del esquema del dispositivo



57

Se realizaron las conexiones correspondientes directamente en la tarjeta

Arduino Mega, trabajando en conjunto con la elaboración de la aplicación Android,

realizando pruebas individuales con cada sensor. En la Ilustración 35 tenemos la

conexión del sensor de pH e201-bnc a la tarjeta Arduino mega.

Ilustración 35: Conexión de sensor de pH



Se realiza la conexión del sensor de turbidez Sen 0189 a la tarjeta Arduino

mega, tal como lo muestra la Ilustración 36.

Ilustración 36: Conexión de sensor de turbidez



58

Conexión de sensor de conductividad a la tarjeta Arduino mega, se visualiza

en la Ilustración 37.

Ilustración 37: Conexión de sensor de conductividad



En la ilustración 38 tenemos la conexión física del módulo bluetooth HSc05

para establecer conexión inalámbrica con el dispositivo móvil.

Ilustración 38: Conexión de módulo bluetooth



59

Luego de realizar las debidas pruebas y comprobar el funcionamiento de cada

sensor en el prototipo, se obtiene como resultado el dispositivo como se muestra en

la Ilustración 39 y 40.

Ilustración 39: Conexiones de sensores a tarjeta Arduino Mega



Ilustración 40: Ensamblaje de dispositivo



60

Especificaciones de Aplicación Android

La aplicación se desarrolló con una interfaz sencilla de tal manera que sea de

fácil comprensión para los usuarios del recinto, la pantalla inicial presenta la opción

“CONECTAR”, la cual permite conectarse por medio de la señal Bluetooth al

dispositivo, teniendo también el botón “DESCONECTAR” y “SALIR” para cerrar la

aplicación, así como se muestra en la Ilustración 41.

Ilustración 41: Interfaz de presentación de Aplicativo



La aplicación muestra los resultados receptados y analizados por los sensores

del dispositivo, mostrando un mensaje de aprobación o desaprobación de consumo

al agua que se está midiendo, adicional a esto indica el detalle de lo que midió cada

sensor: pH, turbidez y conductividad, comparando a un rango de valores que están

dentro de los límites aprobación. Teniendo en cuenta que para obtener un resultado

61

de “AGUA ACEPTABLE” los tres sensores deben tener los valores dentro de los

rangos permitidos, caso contrario obtendremos “AGUA NO ACEPTABLE”.

Ilustración 42: Interfaz de resultados de Aplicativo



Factibilidad legal

Este proyecto de tesis está dentro del marco de cumplimiento del Código

Orgánico De La Economía Social De Los Conocimientos Creatividad E Innovación de

la Ley Orgánica de Educación superior, determinando que se encuentra dentro del

margen legal del estado ecuatoriano.

Por lo tanto, el prototipo se ha realizado dentro de las leyes vigentes ya

descritas en el Capítulo II, dando por confirmado que no existe afectación a terceras

personas relacionadas con el funcionamiento del dispositivo.

62

Factibilidad Económica

Como se indica en la factibilidad técnica, se utiliza elementos que están

disponibles dentro del mercado nacional a bajo costo, además de usar herramientas

Open Source como son Arduino y App Inventor; gracias a estas plataformas de

desarrollo la codificación no genera costos adicionales y al ser tecnologías que están

en auge, permite el incremento de nuevas funcionalidades si se desea.

Uno de los objetivos de este proyecto de tesis es ser diseñado con dispositivos

de bajo costo adquiridos dentro del país, además de usar también tecnología open

source, con la finalidad de que sea un dispositivo fácil de conseguir, al alcance

económico de las familias que conformar el recinto El Cacique presentándose como

un dispositivo de complemento y ayuda tecnológica. En la tabla 9 se muestra el

presupuesto del proyecto donde se detallan los valores de cada dispositivo que se

usó en su elaboración.

Tabla 9: Presupuesto del proyecto

Cantidad Detalle Precio unitario Precio total

1 Arduino mega Atmega 328p $24,00 $24,00

1 Modulo Bluetooth Hc-05 $9,00 $9,00

1 Sensor pH e201-bnc $35,00 $35,00

1 Sensor de turbidez Sen 0189 $30,00 $30,00

1 Sensor de conductividad $2,80 $2,80

1 Power Bank 5 V $20,00 $20,00

1 Recursos humanos $30,00 $30,00

1 Materiales extras $10,00 $10,00

TOTAL $160,80



63

ETAPAS DE LA METODOLOGÍA DEL PROYECTO

Metodología PPDIO

Esta metodología consiste en realizar el análisis de cada proceso que se

llevara a cabo a lo largo de todo el proyecto, definiendo las actividades que se van a

realizar, implementando y operando cada recurso de manera exitosa la tecnología

que se utilizará. Finalmente se logra optimizar el desempeño a través del ciclo de vida

del proyecto.

Como se mencionó en el capítulo I se utilizará la metodología PPDIO y a

continuación se dará detalle de cada una de las fases.

Fases del PPDIO

Fase de Preparación

Se inicia con la realización y entrega del anteproyecto con el tema de tesis a

realizar, definiendo una problemática, dando una solución al problema propuesto,

justificando el propósito de la tesis a realizar cumpliendo los objetivos propuestos en

el capítulo 1, revisando que se necesita para cumplir los objetivos proyectados

anteriormente.

Fase de Planificación

En esta fase se establece la parte investigativa del proyecto, recabando

información acerca del hardware que se utilizará para poder realizar el diseño de

nuestro prototipo, además se consideró la realización de encuestas para la parte de

análisis y aceptación del prototipo.

Fase de Diseño

En esta tercera fase se definió el planeamiento físico que tendrá el prototipo,

considerando la mejor distribución de los elementos a utilizar para obtener el

dispositivo que cumpla con las características antes mencionadas en el capítulo 1,

también se estableció el diseño lógico y la interfaz visual de la aplicación Android de

tal manera que sea amigable y fácil de comprender.

64

Fase de Implementación

Se realizó la ejecución de todo lo diseñado en la fase anterior, haciendo la

configuración y programación de los dispositivos que necesitaremos, se armó el

dispositivo correctamente para el funcionamiento del dispositivo, las actividades que

fueron realizadas son:

Configurar y programas el hardware mediante el software de Arduino, estos

son el Arduino mega, módulo bluetooth y sensores.

Desarrollar la aplicación móvil Android que tendrá el usuario para la

visualización de datos.

Realizar el prototipo con los dispositivos Arduino Mega, módulo de bluetooth

Hc-05, sensor de pH e201-bnc, sensor de turbidez Sen0189, sensor de

conductividad, batería recargable, y caja donde se almacenará toda la

circuitería.

Adicional a esto una vez el usuario tenga instalada la aplicación procede a

conectarse al dispositivo por medio de la señal Bluetooth, haciendo click en el botón

CONECTAR, a continuación puede hacer uso del medidor de agua y los datos que

obtengan los sensores captados por el Arduino Mega son transformados y enviados

a la aplicación indicando un mensaje de “AGUA ACEPTABLE” o “AGUA NO

ACEPTABLE”, dando detalle de los niveles de turbidez, conductividad y pH que

presenta el agua testeada además de los rangos que son permitidos para que el

usuario tenga conocimiento de lo que está sucediendo.

Fase de Operación

En esta fase se ejecutaron las pruebas para verificar el correcto

funcionamiento y estado del prototipo, el monitoreo se lo realizó en cada uno de los

sensores y escenarios posibles, realizando pruebas con diferentes tipos de líquidos

para poder validar si existen fallas a nivel físico o lógico en el prototipo. Se realizaron

las diferentes pruebas de validación detalladas en el capítulo IV de este documento.

65

Fase de Optimización

Se realizaron pruebas constantes en el transcurso de elaboración del prototipo

con el objetivo de minimizar fallas en su ejecución, los errores encontrados fueron

corregidos reconfigurando el dispositivo, se realizó un manual para comprensión y

maneja del dispositivo y de la aplicación.

ENTREGABLES DEL PROYECTO

Dentro de los alcances del proyecto, para cumplir con los objetivos propuestos se

entrega junto con el documento de tesis la siguiente información:

• Código fuente de programación de Arduino, en el anexo 1 al final del

documento.

• Código fuente de la aplicación realizada en App Inventor, en el anexo 2 al final

del documento.

• Preguntas y respuestas de las encuestas realizadas en campo, en el anexo 3

al final del documento.

• Manual de usuario, en el anexo 4 al final del documento.

CRITERIOS DE VALIDACIÓN DEL PROTOTIPO

Para evaluación de aceptación del prototipo se realizaron recolección de datos

mediante encuestas dirigidas a los pobladores de los recintos de la parroquia

Junquillal del cantón Salitre. Gracias a estos resultados se determina el grado de

aceptación para el uso de dispositivos tecnológicos en beneficio de las familias que

no tienen agua potable y se proveen de pozos artesanales, sirviendo de respaldo a la

propuesta de titulación del presente proyecto.

66

POBLACIÓN Y MUESTRA

Población

Para recolección de datos se realizaron encuestas a los pobladores del recinto

Cacique y otros recintos pertenecientes a la parroquia Junquillal, para obtener un total

de 460 familias o viviendas en condiciones aceptables según datos del INEC y que

actualmente no poseen agua potable y se abastecen por medio de pozos y otros

medios.

Muestra

Para realizar el cálculo de tamaño de la muestra a la cual dirigiremos la

encuesta, se utilizará la siguiente fórmula con el fin de realizar los cálculos

estadísticos necesarios.

Fórmula para calcular el tamaño de la muestra

Ecuación 1 Cálculo de la muestra

n =m

e2(m − 1) + 1

Cálculo para el tamaño de la muestra

m = Tamaño de la población (460)

e = Error de estimación (0.06)

n = Tamaño de la muestra

Resolución al cálculo de la muestra

𝒏 =460

(0,06)2(460 − 1) + 1 𝑛 =

460

2,6524

𝑛 = 460

(0,0036)(460) + 1 𝑛 = 173,427

𝑛 = 460

(1,6524) + 1 𝑛 = 173

El número total de encuestas a realizar para efectos del análisis es de 173.

67

Instrumentos para la recolección de datos

Investigación tipo encuesta

El propósito de la encuesta es de conocer el porcentaje de aceptación que

puede tener el dispositivo tecnológico propuesto en beneficio de las familias que no

tienen agua potable de la parroquia Junquillal, por lo cual se formularán 10 preguntas

de opciones múltiples como respuesta dirigidas a un total de 173 personas. El modelo

de encuesta esta adjunta al final en el Anexo 3.

Con los resultados de las encuestas se buscar realizar un análisis de

aceptación del prototipo medidor de calidad del agua dentro del grupo poblacional

que se realizado la muestra, se validó la necesidad de contar con un dispositivo con

las funciones específicas en este capítulo.

Análisis de resultados

El proceso de análisis de las preguntas en la encuesta se realizó en función

de conocer la problemática y las necesidades del grupo de personas que poseen

pozos de agua subterráneo, cuyo objetivo es demostrar la factibilidad del proyecto

propuesto de titulación permitiendo conocer además el grado de aceptación del

mismo.

68

Pregunta 1:

¿Con que frecuencia usted y su familia consumen agua no potabilizada o de pozo?

Tabla 10: Resultados de la pregunta #1

DETALLE CANTIDAD PORCENTAJE

MUCHA 155 90%

POCA 14 8%

NUNCA 4 2%

TOTAL 173 100%



Ilustración 43: Gráfico de resultados pregunta 1


Fuente: Datos de la encuesta

Interpretación:

En base a los resultados se analiza la frecuencia de consumo de agua no

potable en los recintos, obteniendo que el 90% de los encuestados lo hace con mucha

frecuencia, un 8% lo realiza de forma regular y el 2% nunca consume agua de pozo.

MUCHA90%

POCA14%

NUNCA4%

PREGUNTA 1

69

Pregunta 2

¿Considera que usted y su familiar están expuestos a enfermedades por su

consumo?



SI 173 100%

NO 0 0%

TOTAL 173 100%






Interpretación:

Se verifica que el 100% de las familias encuestadas están conscientes del

riesgo al que se exponen al consumir agua no potable, lo cual es un indicador de que

existe una problemática a nivel de riesgos.

Si100%

NO0%

PREGUNTA 2

70

Pregunta 3

¿Cuál es su nivel de preocupación ante las enfermedades que están expuesto usted

y su familia por el consumo de agua de pozo?







Interpretación:

Analizando los datos mostrados, se obtiene que un 53% de encuestados se

muestra con un nivel de preocupación alto ante los diferentes riesgos a los que se

exponen al consumir agua no potabilizada de pozos, un 38% de los encuestados

afirman tener una preocupación de nivel medio, lo que quiere decir que intentan

sobrellevar los riesgos al consumir el agua, y por último un 6% que afirma no tener

ninguna preocupación al momento de usar agua de pozo.

Alta53%

Media38%

Baja8%

PREGUNTA 3


ALTA 92 53%

MEDIA 66 38%

BAJA 15 8%

TOTAL 173 100%

71

Pregunta 4

¿De qué manera usted potabiliza (desinfecta, purifica) el agua de pozo que consume?

Tabla 13: Gráfico de resultados pregunta 4






Interpretación:

Según los datos de las encuestas a las familias del recinto con respecto a la

forma de desinfectar el agua, 45% indicaron que hierven el agua con el objetivo de

así eliminar posibles bacterias en el agua, el 31% de los encuestados vierten cloro

directamente en el agua para desinfectarla, un 14 % utilizan filtros que son colocados

después de la bomba de extracción de agua, y finalmente un 8% utiliza el agua sin

ningún tipo de prevención.

Cloro31%

Filtro14%

Hirviéndola45%

Consumo sin potabilizar

8%

PREGUNTA 4


CLORO 55 31%

FILTRO 25 14%

HIRVIÉNDOLA 79 45%

LA CONSUMO SIN

POTABILIZAR

14 8%

TOTAL 173 100%

72

Pregunta 5

¿Sabe usted que existen sensores que pueden verificar la calidad del agua?







Interpretación:

Según nuestros datos con respecto al conocimiento sobre sensores de

prevención, el 66% de los encuestados no conocen sobre sensores de calidad de

agua, lo cual es comprensible debido a la escasa tecnología en estos sectores rurales,

por el contrario, el 33% si conoce sobre sensores de prevención.

Si33%

NO66%

PREGUNTA 5


SI 58 33%

NO 115 66%

TOTAL 173 100%

73

Pregunta 6

¿Considera usted necesario tener un dispositivo que le indique la calidad del agua

que utiliza para su consumo?







Interpretación:

Se determina que un 100% de las personas encuestadas están de acuerdo

con el desarrollo de tecnologías que permitan determinar la calidad del agua que

consumen, debido a las posibles enfermedades y riegos que se exponen provocados

por el uso deliberado del agua de los pozos. Resulta evidente la aprobación por parte

de los encuestados apoyando firmemente el desarrollo de tecnologías que busquen

brindar seguridad a las personas que viven en estas zonas rurales.

Si100%

NO0%

PREGUNTA 6


SI 173 100%

NO 0 0%

TOTAL 173 100%

74

Pregunta 7

¿Considera positivo el uso de un dispositivo tecnológico que le ayude a verificar si el

agua que utiliza es apta para su consumo?





Elaborado por: Tatiana Ordóñez – Bryan Ponce Fuente: Datos de la encuesta

Interpretación:

Se obtiene como resultado de esta pregunta que el 100% cree necesario el

desarrollo de tecnologías y elaboración de dispositivos que permitan monitorear el

estado de calidad del agua en sus pozos, con lo cual se busca otorgar como beneficio

la tranquilidad de los usuarios y sus familias.

Si100%

NO0%

PREGUNTA 7


SI 173 100%

NO 0 0%

TOTAL 173 100%

75

Pregunta 8

¿Considera necesaria este tipo de ayuda tecnológica para los pobladores de los

recintos?






Interpretación:

Como resultado a esta pregunta se concluye que el 100% de los encuestados

si considera necesario la elaboración de dispositivos tecnológicos enfocados en

mejorar la calidad de vida de las personas que residen en los diferentes recintos,

obteniendo una aprobación contundente por parte de los usuarios.

Si100%

NO0%

PREGUNTA 8


SI 173 100%

NO 0 0%

TOTAL 173 100%

76

Pregunta 9

¿Estaría dispuesto a adquirir un dispositivo que le indique el nivel de contaminación

del agua?






Interpretación:

Según los resultados a esta pregunta se concluye que el 100% de los

encuestados si estaría dispuesto a adquirir un dispositivo tecnológico de este tipo,

con esto confirmamos la factibilidad que tendría el desarrollo del equipo, ya que se

considera positivo la elaboración de un prototipo de prevención.

Si100%

NO0%

PREGUNTA 9


SI 173 100%

NO 0 0%

TOTAL 173 100%

77

Pregunta 10

¿Cuánto seria el precio que estaría dispuesto a pagar por adquirir un equipo de

medición de este tipo?






Interpretación:

En base a los datos analizados se busca determinar la importancia económica

del proyecto, obteniendo que el 100% de los encuestados prefiere un rango de precio

entre 150-200 dólares americanos, cifras que según manifiestan están acorde a sus

posibilidades económicas.

150 - 200100%200 - 250

0%No es

relevante0%

PREGUNTA 10


150 - 200 173 100%

200 - 250 0 0%

No es relevante

0 0%

TOTAL 173 100%

78

PRUEBAS DE VALIDACIÓN DE FUNCIONAMIENTO

En esta sección se dará detalle de cada una de las pruebas posibles del

funcionamiento del dispositivo con la finalidad de validad el funcionamiento y el

cumplimiento de los alcances de este proyecto establecidos en el capítulo 1.

Prueba de nivel de calidad y contaminación del agua en pozos.

Este análisis de validación tiene como objetivo verificar el funcionamiento de

los sensores de pH, turbidez y conductividad, y revisar su alcance de acuerdo con las

características de los sensores, es importante recalcar que se puede obtener datos

en tiempo real; además, mediante la programación desarrollada para el Arduino

mega, se estableció la configuración de los tres sensores para indicar la calidad del

agua en los pozos.

La toma de muestra se realiza mediante la recolección de agua de los pozos,

colocada en tres recipientes, estos deben estar limpios para tener resultados más

óptimos, se sumerge los tres sensores sin mojar los cables, uno por cada recipiente,

como se muestra en la Ilustración 52 y se espera los resultados en la aplicación.

Ilustración 53: Toma de muestra de agua

Elaborado por: Tatiana Ordóñez – Bryan Ponce Fuente: Datos de la investigación

79

Análisis de resultados en campo

Se realizó pruebas del dispositivo en el recinto El Cacique en la Parroquia

Junquillal, mediante toma de muestra de los pozos, con el objetivo de verificar el

funcionamiento del dispositivo y el impacto en los pobladores como ayuda social. A

continuación, en la Tabla 20 se muestran los resultados tomados de cinco pozos,

siendo uno por familia. Al final del documento en Anexo 6 se tiene evidencia de fotos

de las muestras tomadas en los pozos de las familias del recinto EL Cacique.

Tabla 20: Análisis de resultados en el recinto Cacique



Familia Ubicación geográfica

Valor de pH

Valor de turbidez

Valor de conductividad

Resultado

Contreras Vega Lat: 1°39'42.6" S

Lon: 79°52’20.2” O

7.4 0.6 0.27 Agua Aceptable

Campuzano Andrade Lat: 1°39’38.0” S

Lon: 79°52’15.5” O

7.4 2.2 0.39 Agua No

Aceptable

Campuzano Plúas Lat: 1°39’38.7” S

Lon: 79°52’14.9” O


Sánchez Arreaga Lat: 1°39'37.7" S

Lon: 79°52'13.8" O


Pacheco Rodríguez Lat: 1°39'33.8" S

Lon: 79°52'16.3" O


80

En la Tabla 21 se muestra la prueba de sensores frente a diferentes

escenarios, según sea los resultados que arroje el dispositivo medidor.

Tabla 21: Pruebas de sensores



Pruebas Situación Resultado de la prueba

Escenario 1: El nivel de pH no está dentro del

rango 6,5 – 7,5

La aplicación da resultado agua no

apta para el consumo

Escenario 2: El nivel de pH está dentro del

rango 6,5 – 7,5

La aplicación da resultado agua


Escenario 3: El nivel de turbidez es de 2,1 en

adelante



Escenario 4: El nivel de turbidez es inferior o

igual a 2



Escenario 5: El nivel de conductividad es

mayor a 0.5V



Escenario 6: El nivel de conductividad es

inferior o igual 0.5V


apta para el consumo.

81

CÁPITULO IV

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DEL DISPOSITIVO

Para esta sección se analizarán los criterios de aceptación del dispositivo,

comprobando que se cumpla con los alcances y objetivos del proyecto, expuestos en

el capítulo 1, así como también las especificaciones técnicas en el capítulo 3. Los

niveles de cumplimiento, así como los resultados obtenidos están expresados en la

tabla

Tabla 22: Análisis de alcances del proyecto

Descripción Resultado Porcentaje de cumplimiento

Resultados en tiempo real

Si cumple: Indica valores inmediato al momento de la medición

100%

Dará resultados de características del agua

Si cumple: Arrojará resultados de pH, turbidez y conductividad

100%

Dará mensaje de alerta en tiempo real

Si Cumple: Indicara un mensaje de agua aceptable y agua no aceptable, dependiendo del resultado obtenido por los sensores

100%

Batería autónoma Si cumple: Mediante una batería recargable conectada al dispositivo

100%

Bajo costo Si cumple: Elementos utilizados para el desarrollo del prototipo y software open source con Ide de programación gratuitos

100%

Administration de dispositivo

Si cumple: Fácil manejo de la aplicación. No necesita registrarse, la conexión es inmediata.

100%



82

EVALUACIÓN DE CALIDAD DEL PROTOTIPO

Tabla 23: Calidad del prototipo

Evaluación Resultado

Ubicación del dispositivo Los tres sensores están ubicados de forma central

uno alado del otro para el fácil análisis del agua.

Operadoras de celular

compatibles

Cnt, Claro, Tuenti, Movistar

Restricciones Activar Bluetooth

Instalación Fácil

Modo de conexión Fácil

Manipulación Fácil

Detección Tiempo real



83

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

El dispositivo electrónico desarrollado en Arduino, está formado por tres

sensores y configurados respecto al funcionamiento de cada sensor, siendo

capaces de medir y dar resultados de los parámetros principales de medición

de la calidad de agua que son el Nivel de pH por el sensor e201-bnc, turbidez

por el sensor Sen0189 y el sensor de conductividad realizado didácticamente.

Se elaboró un dispositivo que permite verificar el nivel de contaminación del

agua dentro de los pozos, siguiendo estándares y normas de calidad

presentadas por organizaciones mundiales de la salud, permitiendo al usuario

actuar de manera preventiva en el caso de presentar contaminación, utilizando

tecnología de bajo costo y softwares libre, ayudando así a las familias del

recinto, ya que al ser una zona rural y de bajos recursos económicos cumple

con ser un dispositivo de ayuda social y de prevención.

El dispositivo tiene la capacidad de realizar el monitoreo en tiempo real,

tomando los datos receptados por los sensores, interpretándolos y

presentándolos en una aplicación Android para móvil descargable y

compatible a cualquier Smartphone, mostrando así los resultados de pH,

Turbidez y Conductividad, e indicando también los rangos permitidos de los

mismos

84

RECOMENDACIONES

Para un correcto funcionamiento del dispositivo se debe activar la señal

inalámbrica Bluetooth del teléfono, además de tener en cuenta el manual de

usuario para hacer un buen uso del dispositivo y aprovechar todas sus

funcionalidades.

Antes y después de cada prueba que se realice se debe de verificar que los

sensores estén correctamente limpios ya que, si están sucios de alguna

prueba anterior o con agua, puede verse afectada el proceso de medición y

mostrar resultados irreales.

Es importante que el electrodo de vidrio del sensor de pH se mantenga

siempre con humedad preferiblemente con agua destilada para evitar perder

la sensibilidad de la membrana de vidrio del sensor.

Al momento de estar encendido el dispositivo y sumergir el sensor de

conductividad, debe evitar que estos hagan contacto en sus puntas, para

evitar problemas en su funcionamiento.

No se deben de introducir dos sensores o más en un mismo recipiente ya que

cada sensor trabaja de manera independiente y al estar juntos se alterarían

los resultados entre ellos.

85

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89

ANEXOS

Anexo 1.- Manual técnico

Código fuente de Arduino

90

91

92

Anexo 2.- Manual técnico Código fuente de APP Inventor

93

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones

Anexo 3

Encuesta

Encuesta dirigida a las familias de los recintos de la parroquia Junquillal del

cantón Salitre para determinar el grado de aceptación del dispositivo

tecnológico medidor de calidad del agua en pozos.

¿Con que frecuencia usted y su familia consumen agua no potabilizada o de pozo?

Mucha

Poca

Nunca

¿Considera que usted y su familiar están expuestos a enfermedades por su

consumo?

Si

No

¿Cuál es su nivel de preocupación ante las enfermedades que están expuesto usted

y su familia por el consumo de agua de pozo?

Alta

Media

Baja

No me preocupa

¿De qué manera usted potabiliza (desinfecta, purifica) el agua de pozo que consume?

Cloro

Filtro

Hirviéndola

La consumo sin potabilizar

94

¿Sabe usted que existen sensores que pueden verificar la calidad del agua?

Si

No

¿Considera usted necesario tener un dispositivo que le indique la calidad del agua

que utiliza para su consumo?

Si

No

¿Considera positivo el uso de un dispositivo tecnológico que le ayude a verificar si el

agua que utiliza es apta para su consumo?

Si

No

¿Considera necesaria este tipo de ayuda tecnológica para los pobladores de los

recintos?

Si

No

¿Estaría dispuesto a adquirir un dispositivo que le indique el nivel de contaminación

del agua?

Si

No

¿Cuánto seria el precio que estaría dispuesto a pagar por adquirir un equipo de

medición de este tipo?

150-200

200-250

No es relevante

95

ANEXO 5

Manual de Usuario

Para el funcionamiento de la aplicación debe estar activado el sistema

Bluetooth en el teléfono.

Se procede a encender la batería del dispositivo así se podrá detectar por la

señal Bluetooth en el teléfono.

Al iniciar la aplicación tenemos la interfaz principal con las opciones Conectar

y Desconectar

96

Al dar click en Conectar aparecerá la dirección física del dispositivo con el cual

debemos conectarnos.

Se procede a realizar la medición colocando cada sensor en un recipiente

independiente para evitar alteraciones en los resultados. Se debe tener en

cuenta de no mojar los cables.

Cuando se procede a realizar el testeo del agua saldrá en la pantalla

automáticamente los resultados con los mensajes correspondientes a: Agua

Aceptable o Agua no Aceptable.

97

Una vez finalizado el testeo del agua damos click en Desconectar y luego en

Salir para cerrar la aplicación.

98

Anexo 6.- Pruebas de campo

Imágenes de evidencia de recolección de muestra en los pozos del recinto El Cacique

en la parroquia Junquillal, poniendo a prueba el funcionamiento del dispositivo

medidor de calidad de agua en pozos.

Pozo #1.- Familia Contreras Vega

Resultados:

99

Pozo #2.- Familia Campuzano Andrade

Resultados:

100

Pozo # 3.- Familia Campuzano Plúas.

Resultados:

101

Pozo # 4.- Familia Sánchez Arreaga

Resultado:

102

Pozo # 5.- Familia Pacheco Rodríguez

Resultados:

103

Anexo 7.- Certificado de juicio de experto

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL CARRERA DE INGENIERÍA EN ...repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/45013/1/B... · de pozos artesanales que pueden estar contaminados o contener agua no apta