UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE BAJO COSTO PARA LA SUPERVISIÓN
Y CONTROL DE LA CALIDAD DEL AIRE”
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previo a la obtención del Título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
AUTORES:
BELTRÁN RAMBAY IVÁN DEMETRIO
VILLACÍS SERRANO CARMEN ALEXANDRA
TUTOR:
ING. JACOBO RAMÍREZ URBINA, M.Sc
GUAYAQUIL – ECUADOR
2019
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TÍTULO: “Diseño de un sistema de bajo costo para la supervisión y control de la calidad del aire.”
AUTORES: Beltrán Rambay Iván Demetrio Villacís Serrano Carmen Alexandra
TUTOR: Ing. Jacobo Ramírez Urbina, Msc
REVISOR:
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil
FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas
CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
FECHA DE PUBLICACIÓN: 2019 No. DE PÁGS:
ÁREAS TEMÁTICAS: Desarrollo Biotécnica, conservación y aprovechamiento sostenible de los recursos naturales y adaptación cambio climático.
PALABRAS CLAVE: diseño, calidad, aire, sensor, base de datos, polución.
RESUMEN: El presente trabajo de titulación tiene como objetivo general diseñar un sistema
de bajo costo para la supervisión y control de la calidad del aire utilizando sensores específicos que nos permitan captar los niveles de gases nocivos encontrados en el aire como del monóxido de carbono(CO) con el sensor MQ-7 y del dióxido de carbono(CO2) con el sensor MQ-135, definir las diferentes variables para determinar la calidad del aire tomando en consideración su costo y beneficio, una placa con microcontrolador ESP32 con software de código abierto, transmisión inalámbrica, herramienta XAMPP que contiene la base de datos de MySQL y el servidor APACHE, presentación de los resultados en una interfaz gráfica desarrollada en PHP, con el fin de monitorear los diferentes tipos de gases contaminantes emitidos por ejemplo de vehículos, industrias, incendios forestales, etc.
No. DE REGISTRO (en base de datos):
No. DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL (tesis en la web):
ADJUNTO PDF: x SI NO
CONTACTO CON AUTORES: Beltrán Rambay Iván Demetrio Villacís Serrano Carmen Alexandra
Teléfono: 0992345983 0967771820
E-mail: [email protected] carmen.villací[email protected]
CONTACTO EN LA INSTITUCIÓN: Nombre: Secretaría de la Facultad
Teléfono:
E-mail:
ii
CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de titulación “DISEÑO DE UN SISTEMA DE
BAJO COSTO PARA LA SUPERVISIÓN Y CONTROL DE LA CALIDAD DEL
AIRE.” elaborado por los Sres. BELTRÁN RAMBAY IVÁN DEMETRIO y
VILLACÍS SERRANO CARMEN ALEXANDRA, Alumnos no titulados de la
Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones, Facultad de Ciencias
Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del
Título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones, me permito declarar que
luego de haber orientado, estudiado y revisado, la apruebo en todas sus partes.
Atentamente
Ing. Jacobo Ramírez Urbina, M.Sc.
TUTOR
iii
DEDICATORIA
VILLACÍS SERRANO CARMEN ALEXANDRA
A Dios, por ser el pilar principal que me sostiene en cada momento para lograr mis
objetivos, a mi padre que desde el cielo me ha cuidado, a mi madre por siempre apoyarme y darme fuerzas, a mi hijo Mathias Beltrán por
ser mi inspiración para superarme cada día, a mis abuelos a mis hermanos y todos mis
demás familiares que de una u otra forma me han impulsado a seguir superándome.
BELTRÁN RAMBAY IVÁN DEMETRIO
A Dios quien fue el que me guio hacia este
momento, fortaleciendo mis pasos y
brindándome sabiduría, permitiéndome cumplir
este objetivo para poder convivirlo con mis
seres queridos.
A mis familiares que me dieron ese impulso
para seguir adelante, a mi papá, a mis tías y en
especial a mi mamá, mi motor principal.
iv
AGRADECIMIENTO
VILLACÍS SERRANO CARMEN
ALEXANDRA
Agradezco a Dios por darme vida y salud para
día a día poder levantarme y seguir a mis
familiares por su apoyo incondicional en el
transcurso de la carrera.
A todos los profesores que compartieron
conmigo todos sus conocimientos y
estuvieron prestos a ayudarnos y
colaborarnos en lo que fuera necesario.
BELTRÁN RAMBAY IVÁN DEMETRIO
Agradezco a Dios, a mi mamá Erika y Rosa
quienes fueron las que me impulsaron a
seguir esta carrera hasta lograr culminarla.
Agradezco de manera especial a Tamara por
su apoyo Incondicional que me brinda
siempre.
Y a todas las personas que se cruzaron en el
camino hacia la meta final.
v
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN
__________________________ __________________________
Ing. Fausto Cabrera Montes, M.Sc. Ing. Abel Alarcón Salvatierra, M.GS.
DECANO DE LA FACULTAD DIRECTOR DE LA CARRERA DE
CIENCIAS MATEMÁTICAS Y INGENIERÍA EN NETWORKING Y
FÍSICAS TELECOMUNIACIONES
____________________________ ____________________________
Ing. Leonel Vasquez Cevallos, Ph.D Ing. Manuel Chaw Tutiven, MGS.
PROFESOR REVISOR DEL PROFESOR DE AREA
PROYECTO DE TITULACIÓN DESIGNADO EN EL TRIBUNAL
________________________
Ing. Jacobo Ramírez Urbina, M.Sc.
DIRECTOR DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN
__________________________
Ab. Juan Chávez Atocha, Esp
SECRETARIO (E) DE LA FACULTAD
vi
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este
Proyecto de Titulación, nos corresponden
exclusivamente; y el patrimonio intelectual
de la misma a la UNIVERSIDAD DE
GUAYAQUIL”.
BELTRÁN RAMBAY IVÁN DEMETRIO
VILLACÍS SERRANO CARMEN ALEXANDRA
vii
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE BAJO COSTO PARA LA SUPERVISIÓN Y
CONTROL DE LA CALIDAD DEL AIRE”
Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título de
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES.
Autores: Beltrán Rambay Iván Demetrio
C.I.: 0931820237
Villacís Serrano Carmen Alexandra
C.I.: 0950766774
Tutor: Ing. Jacobo Ramírez Urbina, M.Sc
Guayaquil, 1 de octubre de 2019
viii
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 BELTRÁN RAMBAY IVÁN DEMETRIO y VILLACÍS SERRANO
CARMEN ALEXANDRA, como requisito previo para optar por el título de
Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones cuyo tema es:
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE BAJO COSTO PARA LA SUPERVISIÓN Y
CONTROL DE LA CALIDAD DEL AIRE”.
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
Beltrán Rambay Iván Demetrio Cédula de ciudadanía N°
0931820237
Villacís Serrano Carmen Alexandra Cédula de ciudadanía N°
0950766774
Tutor: Ing. Jacobo Ramírez Urbina, M.Sc.
Guayaquil, 1 de octubre de 2019
ix
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Autorización para publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital
1. Identificación del proyecto de titulación
Nombres alumnos: Beltrán Rambay Iván Demetrio Villacís Serrano Carmen Alexandra
Dirección:
Teléfono: 0992345983 0967771820
E-mail: [email protected] [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. Jacobo Ramírez Urbina, M.Sc.
Título del Proyecto de titulación: “Diseño de un sistema de bajo costo para la supervisión y control de la calidad del aire.”
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.
Tema del Proyecto de Titulación:
x
Publicación electrónica:
Inmediata X Después de 1 año
Firma Alumno:
3. Forma de envío
El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como
archivo .Doc. O .RTF y. Puf para PC. Las imágenes que la acompañen
pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.
DVDROOM CDROOM X
xi
INDICE GENERAL
CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR ............................................................ ii
DEDICATORIA ................................................................................................... iii
AGRADECIMIENTO ........................................................................................... iv
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN ......................................................... v
DECLARACIÓN EXPRESA ............................................................................... vi
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR .............................................. viii
RESUMEN ...................................................................................................... xviii
ABSTRACT ...................................................................................................... xix
INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1
CAPITULO I ........................................................................................................ 3
EL PROBLEMA................................................................................................... 3
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................. 3
Ubicación del Problema en un Contexto .......................................................... 3
Situación Conflicto, Nudos Críticos ................................................................. 5
Causas y consecuencias del problema............................................................ 6
Delimitación del problema ................................................................................ 7
Formulación del problema ................................................................................ 7
Evaluación del problema ................................................................................... 8
OBJETIVOS ........................................................................................................ 9
OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 9
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................ 9
ALCANCES DEL PROBLEMA ........................................................................... 9
JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA .................................................................. 10
METODOLOGÍA................................................................................................ 11
CAPÍTULO II ..................................................................................................... 12
MARCO TÉORICO ............................................................................................ 12
Antecedentes Del Estudio .............................................................................. 12
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ........................................................................ 14
PRINCIPALES GASES CONTAMINANTES ................................................... 14
Monóxido de Carbono (CO) ........................................................................... 15
Dióxido de carbono (CO2) .............................................................................. 16
Benceno ......................................................................................................... 17
Dióxido de nitrógeno (NO2) ............................................................................ 17
xii
CONTAMINACIÓN DEL AIRE ........................................................................ 17
Partes por millón (PPM) ................................................................................. 19
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS ................................................................. 20
Arduino .......................................................................................................... 20
Arduino uno atmega 328p .............................................................................. 20
Módulo ESP12e ............................................................................................. 22
Módulo ESP32 ............................................................................................... 23
Sensores ........................................................................................................ 24
Sensores MQ ................................................................................................. 25
Sensor MQ7 ................................................................................................... 25
Sensor MQ135 ............................................................................................... 26
Módulo GPS ................................................................................................... 27
Módulo GPS GY-GPS6MV2 ........................................................................... 27
OPEN SOURCE ............................................................................................. 29
BASE DE DATOS .......................................................................................... 30
SISTEMA DE BASE DE DATOS (SBD) ......................................................... 30
MYSQL .......................................................................................................... 30
SERVIDOR WEB ........................................................................................... 30
INTERFAZ DE USUARIO .............................................................................. 31
PHP (PERSONAL HOME PAGE)................................................................... 31
FUNDAMENTACIÓN LEGAL............................................................................ 31
DEFINICIONES CONCEPTUALES ................................................................... 34
Microcontrolador ............................................................................................ 34
Ide .................................................................................................................. 34
Software libre ................................................................................................. 34
Código de programación ................................................................................ 34
Dispositivos de medición ................................................................................ 34
PM ................................................................................................................. 34
Contaminación Atmosférica............................................................................ 35
GPS ............................................................................................................... 35
SOC ............................................................................................................... 35
Medio Ambiente ............................................................................................. 35
Ecosistema .................................................................................................... 35
Emisión .......................................................................................................... 35
xiii
Polución ......................................................................................................... 35
XAMPP .......................................................................................................... 35
CAPÍTULO III .................................................................................................... 37
PROPUESTA TECNOLÓGICA ......................................................................... 37
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ........................................................................ 37
Factibilidad Operacional ................................................................................. 37
Factibilidad técnica ..................................................................................... 38
Factibilidad Legal ........................................................................................... 39
Factibilidad Económica ............................................................................... 40
ETAPAS DE LA METODOLOGÍA DEL PROYECTO ...................................... 41
Investigación De Campo ................................................................................ 41
Investigación Bibliográfica .............................................................................. 42
Desarrollo De La Propuesta ........................................................................... 42
ARQUITECTURA DEL SISTEMA................................................................... 42
ARDUINO ...................................................................................................... 44
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS DISPOSITIVOS ........................... 46
Arduino Uno ................................................................................................... 46
ELEMENTOS DE ARDUINO UNO ................................................................. 47
ATMEGA328 .................................................................................................. 51
Sensor MQ-135 .............................................................................................. 52
Sensor MQ-7 .................................................................................................. 52
Gps GY-GPS6MV2 ........................................................................................ 53
Módulo Relay 2PH63091A ............................................................................. 54
IDE DE PROGRAMACIÓN ARDUINO ........................................................... 55
Instalación de Arduino .................................................................................... 55
NODE MCU - ESP32 ..................................................................................... 56
ALGORITMO: ................................................................................................ 62
ESTRUCTURA DEL SOFTWARE ARDUINO................................................. 63
XAMPP .......................................................................................................... 64
Instalación De Xampp .................................................................................... 64
SERVIDOR WEB ........................................................................................... 69
VISOR DE INFORMACIÓN ............................................................................ 69
REPORTES ................................................................................................... 71
ENTREGABLES DEL PROYECTO ................................................................ 73
xiv
CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA ..................................... 73
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS ................................................................... 74
CAPÍTULO IV .................................................................................................... 89
INFORME DE ACEPTACIÓN Y APROBACIÓN PARA PRODUCTOS ........... 89
CONCLUSIONES .............................................................................................. 95
RECOMENDACIONES ...................................................................................... 97
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 98
ANEXOS ......................................................................................................... 102
ANEXO 1 - MODELO DE ENTREVISTA ......................................................... 102
ANEXO 2 – MODELO DE ENCUESTA ........................................................... 103
ANEXO 3 – HARDWARE EN FUNCIONAMIENTO ......................................... 104
ANEXO 4 – TOMA DE MEDICIONES ............................................................. 106
ANEXO 5 – DATASHHEET SENSOR MQ-7 ................................................... 109
ANEXO 6 – DATASHHEET SENSOR MQ-135 ............................................... 112
Anexo 7 - Lugares de toma de muestras de los gases CO2 y CO .............. 114
xv
ÌNDICE DE GRÁFICA
Gráfica 1. Ubicación de Facultad de Ciencias Matemáticas y Física ............. 3
Gráfica 2. Localización de las estaciones de Red de Monitoreo de la Calidad
del Aire de Cuenca ..................................................................................... 4
Gráfica 3. Arduino ATMEGA 328P .................................................................. 21
Gráfica 4. Módulo ESP12E ............................................................................. 23
Gráfica 5. Módulo ESP32 ................................................................................. 24
Gráfica 6. Sensor MQ-7 ................................................................................... 26
Gráfica 7. Sensor MQ 135 ................................................................................ 27
Gráfica 8. GPS GY-GPS6MV2 .......................................................................... 28
Gráfica 9. Partes del protoboard .................................................................... 29
Gráfica 10. Arquitectura con Arduino Genuino Uno ..................................... 43
Gráfica 11. Diseño con ESP32 ........................................................................ 44
Gráfica 12. Conexiones de hardware ............................................................. 46
Gráfica 13. Arduino UNO ................................................................................. 47
Gráfica 14. Estructura de Arduino UNO ......................................................... 48
Gráfica 15. Características de Arduino UNO ................................................. 50
Gráfica 16. Pines del ATMEGA328 ................................................................. 51
Gráfica 17. Módulo MQ-135 ............................................................................. 52
Gráfica 18. Módulo MQ-7 ................................................................................ 53
Gráfica 19. GPS GY-GPS6MV2 ....................................................................... 54
Gráfica 20. Estructura del relay ...................................................................... 54
Gráfica 21. Pantalla de inicio de Arduino ....................................................... 55
Gráfica 22. NodeMcu ESP32 ........................................................................... 56
Gráfica 23. Sistema de control de versiones ................................................. 58
Gráfica 24. Administración de placa ESP32 .................................................. 59
Gráfica 25. Disposición de pines en placa ESP32 ......................................... 60
Gráfica 26. Diseño de propuesta con placa ESP32 ....................................... 61
Gráfica 27. Diagrama de flujo de datos ......................................................... 62
Gráfica 28. Estructura del programa Arduino ................................................ 63
Gráfica 29. Logotipo de Xampp ..................................................................... 64
Gráfica 30. Versiones de Xampp para Windows ........................................... 65
xvi
Gráfica 31. Versiones de Xampp para Windows ........................................... 65
Gráfica 32. Componentes a instalar .............................................................. 66
Gráfica 33. Ruta de almacenamiento ............................................................. 66
Gráfica 34. Panel de control de XAMPP ......................................................... 67
Gráfica 35. Modelo de base de datos ............................................................. 68
Gráfica 36. Datos almacenados ..................................................................... 68
Gráfica 37. Inicio de sesión ............................................................................. 69
Gráfica 38. Pantalla principal .......................................................................... 70
Gráfica 39. Pantalla principal ......................................................................... 70
Gráfica 40. Administración de usuarios ........................................................ 71
Gráfica 41. Reporte de CO2............................................................................ 72
Gráfica 42. Reporte de CO ............................................................................. 72
Gráfica 43. Promedio diario de CO2 ............................................................... 73
Gráfica 44. Resultados de las mediciones ..................................................... 75
Gráfica 45. Resultados de las mediciones ..................................................... 76
Gráfica 46. Promedio por día – CO2 .............................................................. 76
Gráfica 47. Promedio por día – CO ................................................................. 77
Gráfica 48. Promedio de CO2 a nivel mundial .............................................. 78
xvii
ÍNDICE DE TABLA
Cuadro 1. Causas y Consecuencias ................................................................. 6
Cuadro 2. Delimitación del problema ............................................................... 7
Cuadro 3. Niveles permisibles de monóxido de carbono ............................. 15
Cuadro 4. Niveles permisibles del dióxido de carbono ................................ 16
Cuadro 5. Niveles Máximos Permisibles ........................................................ 18
Cuadro 6. Niveles de contaminación .............................................................. 19
Cuadro 7. Especificaciones Técnicas ............................................................ 21
Cuadro 8. Características de hardware de computadora ............................. 38
Cuadro 9. Herramientas informáticas instaladas .......................................... 38
Cuadro 10. Costos del proyecto ..................................................................... 40
Cuadro 11. Dispositivos utilizados en el proyecto ........................................ 40
Cuadro 12. Resultados de las pruebas de caja negra ................................... 78
Cuadro 13. Resultados de la pregunta 1 ........................................................ 79
Cuadro 14. Resultados de la pregunta 1 ........................................................ 80
Cuadro 15. Resultados de la pregunta 2 ........................................................ 81
Cuadro 16. Resultados de la pregunta 2 ........................................................ 81
Cuadro 17. Resultados de la pregunta 3 ........................................................ 82
Cuadro 18. Resultados de la pregunta 3 ........................................................ 83
Cuadro 19. Resultados de la pregunta 4 ........................................................ 84
Cuadro 20. Resultados de la pregunta 4 ........................................................ 84
Cuadro 21. Resultados de la pregunta 5 ........................................................ 85
Cuadro 22. Resultados de la pregunta 5 ........................................................ 86
Cuadro 23. Resultados de la pregunta 6 ........................................................ 87
Cuadro 24. Resultados de la pregunta 6 ........................................................ 87
Cuadro 25. Criterios de aceptación del producto .......................................... 89
Cuadro 26. Criterios de aceptación - Funcionalidad ..................................... 89
Cuadro 27. Criterios de aceptación - usabilidad ........................................... 90
Cuadro 28. Criterios de aceptación – eficiencia ............................................ 91
Cuadro 29. Criterios de aceptación – facilidad de mantenimiento ............... 91
Cuadro 30. Criterios de aceptación – confiabilidad ...................................... 92
Cuadro 31.Verificación del sistema – Módulo Acceso .................................. 92
Cuadro 32. Verificación del sistema – Recopilación de información ........... 94
xviii
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE BAJO COSTO PARA LA SUPERVISIÓN Y
CONTROL DE LA CALIDAD DEL AIRE”
Autores: Beltrán Rambay Iván Demetrio
Villacís Serrano Carmen Alexandra
Tutor: Ing. Jacobo Ramírez Urbina, Msc
RESUMEN
El presente trabajo de titulación tiene como objetivo general diseñar un sistema
de bajo costo para la supervisión y control de la calidad del aire utilizando sensores
específicos que nos permitan captar los niveles de gases nocivos encontrados en
el aire como del monóxido de carbono(CO) con el sensor MQ-7 y del dióxido de
carbono(CO2) con el sensor MQ-135, definir las diferentes variables para
determinar la calidad del aire tomando en consideración su costo y beneficio, una
placa con microcontrolador ESP32 con software de código abierto, transmisión
inalámbrica, y la herramienta XAMPP que contiene la base de datos de MySQL y
el servidor APACHE, la presentación de los resultados en una interfaz gráfica
desarrollada en PHP, con el fin de monitorear los diferentes tipos de gases
contaminantes emitidos por ejemplo de vehículos, industrias, incendios forestales,
etc. Con la finalidad de conocer la polución que está el aire que se respira,
evitando estar en lugares con mayor concentración de gases tóxicos para
salvaguardar la integridad de la salud de las personas y el cuidado del medio
ambiente.
Palabras claves: diseño, calidad, aire, sensor, base de datos, polución.
xix
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
"DESIGN OF A LOW COST SYSTEM FOR SUPERVISION AND
CONTROL OF AIR QUALITY"
Autores: Beltrán Rambay Iván Demetrio
Villacís Serrano Carmen Alexandra
Tutor: Ing. Jacobo Ramírez Urbina, Msc
ABSTRACT
The general objective of this titration work is to design a low-cost system for
monitoring and controlling air quality using specific sensors that allow us to capture
the levels of harmful gases found in the air as carbon monoxide (CO) with the
sensor MQ-7 and carbon dioxide (CO2) with the sensor MQ-135, define the
different variables to determine air quality taking into consideration its cost and
benefit, an ESP32 microcontroller board with open-source software, wireless
transmission, XAMPP tool containing MySQL database and APACHE server,
presentation of the results in a graphical interface developed in PHP, in order to
monitor the different types of polluting gases emitted e.g. from vehicles, industries,
forest fires, etc. With the purpose of knowing the pollution that is the air that is
breathed, avoiding to be in places with greater concentration of toxic gases to
safeguard the integrity of the people's health and the care of the environment.
Keywords: design, quality, air, sensor, database, pollution.
1
INTRODUCCIÓN
Según los últimos estudios realizados por la Organización Mundial de la Salud
(OMS), se ha demostrado que las personas mueren a causa de la contaminación
de gases tóxicos que se propagan en el aire, emitidos por algunos factores como:
el sector vehicular, incendios forestales, sector industrial, etc. Existen
contaminantes que afectan de forma letal a la salud de las personas, entre ellos
está el monóxido de carbono (CO), el dióxido de carbono (CO2), óxido de
nitrógeno (N02) dióxido de azufre, entre otros. En Ecuador, según el Instituto
Nacional de Estadísticas y Censos (INEC), muestra que hubo un aumento en el
parque automotor, esto influye en gran parte en el incremento de difusión de
monóxido de carbono (CO).
Hay diversos sistemas que están ayudando al monitoreo de la calidad del aire los
mismos que se encuentran ubicados en ciudades grandes con equipos y
dispositivos de gran volumen a costos elevados y por lo tanto no son factibles
económicamente para su adquisición e implementación en todos los lugares
donde se los requiere. Quito y Cuenca son ciudades que ya cuentan con una red
de sistemas de monitoreo operativa. Bajo estos motivos el Ecuador debería
enfocarse en la implementación de estos sistemas en las demás ciudades para la
supervisión de la calidad del aire, para luego optar por medidas de precaución
tanto en beneficio de los habitantes y también del medio ambiente.
El presente proyecto tiene como finalidad estudiar y diseñar un sistema que
permita la supervisión de gases tóxicos usando sensores que capten
específicamente los niveles de monóxido de carbono y dióxido de carbono, estos
sensores estarán conectados a una placa con microcontroladores embebidos, la
cual transmitirá los datos de forma inalámbrica y se almacenaran en una base de
datos, los mismos que se reflejaran en una interfaz gráfica mostrando los
resultados que han sido recolectados.
A continuación, se detallarán los capítulos de nuestro proyecto de titulación:
2
En el capítulo uno se encontrará la descripción de problema sobre las principales
consecuencias por la emanación de gases tóxicos en la ciudad de Guayaquil, el
planteamiento del objetivo general, los objetivos específicos, el alcance del
proyecto, justificación e importancia y los beneficios que se pueden obtener con
la realización de este proyecto.
En el capítulo dos se relata los antecedentes del estudio, los fundamentos teóricos
en que se basa el sistema, el funcionamiento básico de los equipos, componentes
y servicios aplicados en la investigación que se realizará para este proyecto.
En el capítulo tres indica la metodología que se va a utilizar, el desarrollo de cada
fase, así mismo se detallará el proceso que se llevó a cabo para la implementación
del prototipo y del sistema de monitoreo de la calidad del aire que se aplicará luego
en diferentes lugares en donde se procederá a la toma de resultados obtenidos
en tiempo real para luego ser consultados y analizados.
En el capítulo cuatro se detalla los criterios de aceptación, la factibilidad, el análisis
de resultados encontrados en la medición de los gases contaminantes por medio
del sistema presentado, luego mostrar conclusiones relevantes en cuanto a los
datos que se obtuvieron y tomar medidas de prevención para disminuir los riesgos
en la salud.
3
CAPITULO I
EL PROBLEMA
En este capítulo se encontrará la descripción del problema sobre las principales
consecuencias por la emanación de gases tóxicos en la ciudad de Guayaquil, el
planteamiento del objetivo general, los objetivos específicos, el alcance del
proyecto y los beneficios que dará su implementación, la justificación e
importancia de este proyecto para que se lleve a cabo y se ponga en práctica para
beneficio de la salud de los habitantes.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Ubicación del Problema en un Contexto
En la ciudad de Guayaquil, en los exteriores del edificio de la Facultad de Ciencias
Matemáticas y Física de la Universidad de Guayaquil ubicada en la parte céntrica
de la ciudad con dirección: Víctor Manuel Rendón entre Baquerizo Moreno y
General Córdova. En la Grafica 1 se muestra la ubicación de la facultad antes
mencionada.
Gráfica 1. Ubicación de Facultad de Ciencias Matemáticas y Física
Fuente: Google Maps
Elaboración: Google Maps
4
Debido al aumento de población, el tránsito vehicular, el consumo de combustible
y los gases tóxicos que son expedidos por las grandes industrias se está en la
necesidad de implementar un sistema de bajo costo que permita recolectar,
transmitir, almacenar, monitorear y mostrar los datos obtenidos de los gases
contaminantes presentes en el aire en tiempo real para que se tome alguna
medida de prevención ya que aquellos gases tóxicos son perjudiciales para la
salud y el ecosistema. Esta medición ayudará a que las personas estén al tanto
del tipo de gas encontrado y que medidas de prevención deben tomar.
Principalmente en zonas cerradas como oficinas, centro de estudios, zonas
céntricas y zonas de mayor concentración de transporte en horas pico es donde
se debe poner a funcionar este sistema, en donde ayudara a tener datos reales
de polución por monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), dióxido de
azufre (SO2), entre otros, ya que el cuerpo humano solo soporta la absorción de
un cierto porcentaje de estos gases, aunque ningún porcentaje es seguro para la
salud.
Como se puede observar en la Grafica 2 está la ciudad de Cuenca que cuenta con
una Red de monitoreo de la calidad del aire pasiva la misma que ha ido creciendo
y a partir del 2012 dispone con una estación automática de calidad del aire en el
centro de la ciudad, esto permite contar con información de gran calidad, continúa
y precisa para poder orientar la generación de políticas de mejoras de la calidad
de aire en beneficio de la población más sensible. (EMOV, 2015)
Gráfica 2. Localización de las estaciones de Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Cuenca
5
Fuente: Informe de la calidad del aire 2015
Elaboración: Datos de la Investigación
Situación Conflicto, Nudos Críticos
Debido a la emanación de gases malignos producidos por la circulación de gran
cantidad de vehículos que arrojan monóxido de carbono y también a la ubicación
de ciertas industrias en zonas urbanas de la ciudad de Guayaquil, la salud de sus
habitantes se está viendo afectada. Cada cuerpo reacciona de manera distinta a
la inhalación de estos contaminantes, cuanto menos contaminado este el aire
mejor será la salud cardiovascular y respiratoria de los habitantes, tanto a largo
como a corto plazo. (OMS, 2018)
Este tipo de gases no pueden ser evitados por el ser humano ya que son incoloros
e inodoros y porque pasan desapercibidos a simple vista. (TELEGRAFO, 2016)
Afirma que: “el 39% de la contaminación del aire en la ciudad de proviene de los
automotores y el 72% de las cargas residuales del río Guayas de las zonas
residenciales de la ciudad, según una evaluación del proyecto Huella de Ciudades”.
De acuerdo a las observaciones realizadas en los párrafos anteriores implementar
un sistema de monitoreo y control que muestre los gases tóxicos encontrados en
el aire y los niveles de contaminación que se obtiene de cada uno. El sistema y
los componentes que intervienen deben ser de bajo costo y fácil manejo ya que
será más rápida su adquisición e implementación en las diferentes partes de la
6
ciudad en donde se evidencien problemas de contaminación de aire y de esta
forma proceder a tomar medidas de prevención para la salud y para cuidar el
medio ambiente.
Causas y consecuencias del problema
De los principales gases contaminantes que están en el aire, la OMS informa que
en el año 2016, el 58% de las muertes tempranas están relacionadas a
cardiopatías isquémicas y accidentes cerebrovasculares, mientras que el 18% de
las muertes se debió a enfermedades pulmonares obstructiva crónica e
infecciones respiratorias agudas, y que el 6% de las muertes se asocian al cáncer
de pulmón. (OMS, 2018)
En el siguiente Cuadro 1. Se detallan los gases encontrados con más frecuencia
en el aire y las consecuencias que ocasionan al estar expuestos o en contacto con
alguno de estos:
Cuadro 1. Causas y Consecuencias
CAUSAS CONSECUENCIAS
Elevadas concentraciones de
Monóxido de carbono (CO)
Disminución de oxigenación en la
sangre, tejidos y órganos
Elevadas concentraciones de
Dióxido de carbono (CO2)
Aceleración en el pulso
Daños en el sistema respiratorio
Elevadas concentraciones de
Dióxido de nitrógeno (NO2)
Se elevan las infecciones pulmonares
Acumulación de líquido en pulmones y
provocar la muerte.
Elevadas concentraciones de
material particulado (MP10)
Función pulmonar reducida y muerte
prematura en personas con
enfermedades cardiacas o pulmonares.
Elaboración: Iván Beltrán y Carmen Villacís
Fuente: Datos de la investigación
7
Delimitación del problema
El presente trabajo se limita a diseñar e implementar un sistema de bajo costo que
permita vigilar el grado de contaminación de algunos gases en el aire mediante la
integración de software de código abierto y hardware, además de la interpretación
de los datos obtenidos por los sensores y representados en una interfaz gráfica.
Cuadro 2. Delimitación del problema
CAMPO:
Desarrollo Biotecnológico, conservación y
aprovechamiento sostenible de los recursos
naturales y adaptación al cambio climático.
ÁREA: Medio ambiente
ASPECTO: Tecnológico
TEMA:
Diseño de un sistema de bajo costo para la
supervisión y control de la calidad del aire.
DELIMITACIÓN ESPACIAL: Centro de la ciudad de Guayaquil – Ecuador
Elaboración: Iván Beltrán y Carmen Villacís
Fuente: Datos de la investigación
Formulación del problema
En la ciudad de Guayaquil, se ha observado el incremento del parque automotor
que emite gases contaminantes al medio ambiente y en horarios donde hay un
tránsito elevado se provoca la concentración elevada de emisiones de gases tales
como; el monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2), es por esta razón
que nos conduce a formularnos las siguientes interrogantes:
¿De qué manera afecta la emisión de gases contaminantes a la ciudadanía
Guayaquileña?
¿Qué beneficios obtendría la ciudad de Guayaquil al diseñar un sistema que
controle la calidad del aire de manera constante y remota?
¿Qué beneficios tendrían las personas en su salud al contar con información sobre
los niveles de gases tóxicos que están en el aire?
8
¿Es necesario mantener la información actualizada sobre los gases dañinos
encontrados en el aire?
Evaluación del problema
Delimitado.
El problema surge en la ciudad de Guayaquil, ya que no existe un sistema que
controle los niveles de contaminación en el aire en tiempo real, para luego estos
mismos datos almacenarlos y mostrarlos en una interfaz gráfica.
Claro
Según las muestras que se obtendrán con el sistema de medición y con la
información que presentará será de gran ayuda para tomar medidas de protección,
prevención y precaución en cuanto a la contaminación de los gases tóxicos que
se encuentren en el aire.
Factible
Las herramientas de hardware y software que se utilizarán en el proyecto son
fáciles de adquirir para el usuario y de bajos costos. El sistema de control de
calidad del aire contempla una solución y mejora para el ambiente y ciudadanía.
Contextual
Este tema de titulación diseñara un sistema que permita la integración de
herramientas, sensores, hardware y software, tecnología que se enfocara en el
sector del medio ambiente contribuyendo con la sociedad ya que el aire es
indispensable para el ser humano.
Evidente
Vivir en un ambiente sano es esencial para la salud de las personas, entonces un
sistema que permita mostrar los niveles de contaminación que hay en el aire es
muy beneficioso ya que hay muchos de estos que son incoloros, inodoros e
insípidos y se ignora el daño que están causando en el organismo.
9
Relevante
El sistema propuesto es muy relevante ya que permitirá acceder a datos obtenidos
por los sensores referentes al grado de contaminación que hay en el aire que nos
rodea, permitiendo tomar medidas preventivas para salvaguardar la salud de las
personas y el cuidado el medio ambiente.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema de bajo costo para la supervisión y control de la calidad del
aire, utilizando placas con microcontroladores embebidos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Establecer los parámetros necesarios dentro de un sistema de
medición de calidad del aire.
Desarrollar la arquitectura del diseño para el dispositivo que permitirá
supervisar y controlar la calidad del aire.
Diseñar una interfaz gráfica para la supervisión y el control del sistema
de medición de la calidad del aire.
Proponer un sistema integral de hardware y software para medición y
control de la calidad del aire
ALCANCES DEL PROBLEMA
El presente proyecto tiene como finalidad diseñar un sistema de bajo costo que
permita supervisar y controlar en tiempo real la calidad de aire en la ciudad de
Guayaquil específicamente en los alrededores de la Facultad de Ciencias
Matemáticas y Física, los datos receptados se almacenaran en una base de datos
y serán mostrarlos en una interfaz gráfica, en este caso una página web, para que
puedan ser visualizados por cualquier usuario que tenga acceso a un dispositivo
10
tecnológico que esté conectado a la red y así poder interpretar la información del
estado del aire.
Se analizarán los principales gases tóxicos que afectan a la calidad del aire, luego
de eso se incorporarán sensores MQ por cada gas a evaluar, cada uno con
características distintas, pero con una función específica que es la de recoger
información, la cual servirá para mostrar la concentración de contaminantes que
definen los niveles de alerta, de alarma y de emergencia que hay en el aire según
lo establece la Norma de Calidad del Aire Ambiente Ecuatoriana (NECA).
JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
La contaminación en las ciudades se ha ido incrementando con el paso de los
años por el aumento de emisiones de diferentes fuentes tales como industrias,
aumento del parque automotor, negocios que manipulan o generan
contaminantes, entre otros factores.
En la Constitución de la República del Ecuador artículo 276, número 4, establece
que uno de los objetivos del régimen de desarrollo será recuperar y conservar la
naturaleza y mantener un ambiente sano y sustentable que garantice a las
personas y colectividades el acceso equitativo, permanente y de calidad al agua,
aire y suelo, y a los beneficios de los recursos del subsuelo y del patrimonio
natural; por lo tanto debemos contar con herramientas adecuadas para realizar el
monitoreo de los diferentes parámetros medio ambientales. (Ecuador, 2008)
Se realizó una búsqueda en las páginas web de algunos municipios ecuatorianos
con información acerca de la implementación de un sistema de monitoreo en
tiempo real, el cual solo cuenta en los Municipios de Quito y Cuenca, sin embargo,
los equipos utilizados en las estaciones son de gran volumen lo que conllevan a
costos altos.
Un dispositivo de bajo costo para la recopilación de información acerca de la
presencia de contaminantes en el aire podrá ser accesible para su implementación
en los lugares que se lo requiera lo que permitiría a las autoridades competentes
11
tomar las decisiones que correspondan para subsanar la situación y promover un
ambiente seguro para la ciudadanía.
Con el uso de placas con microcontroladores embebidos se busca promover
diseños de dispositivos tecnológicos acorde a las necesidades actuales, lo que
servirá de guía para aprender a manipular equipos de supervisión y control de la
calidad del aire.
METODOLOGÍA
Para el desarrollo de este proyecto se aplicará la metodología de investigación
deductiva la misma que parte de lo general a algo específico luego de haber
aplicado un razonamiento lógico, está compuesta por fases que se basan en
investigaciones bibliográficas del estado del arte en cuanto al desarrollo de
indicadores ambientales, dispositivos de medición, transmisión y tratamiento de la
información.
Una vez obtenida dicha información se realiza los diseños técnicos pertinentes
que cubran todos los aspectos del objeto de la investigación para culminar con
una propuesta que cubrirá los indicadores ambientales que se requieran, así como
el diseño del hardware y software necesario. Esta metodología nos permitirá
obtener respuestas directas de acuerdo a las interrogantes mencionadas.
12
CAPÍTULO II
MARCO TÉORICO
Antecedentes Del Estudio
De acuerdo a investigaciones se puede determinar que en la ciudad de Guayaquil
se está desarrollando un proyecto que permitirá monitorizar la calidad del aire,
evaluar en tiempo real los diferentes factores contaminantes que están
perjudicando la capa atmosférica principalmente en zonas con gran afluencia
vehicular. Dicho proyecto no se ha implementado por completo debido a la
instalación de los equipos que demanda de un alto costo. (Expreso, 2018)
Frente a esta problemática se presenta este tema de tesis que se enfoca en utilizar
dispositivos que sean accesibles en el mercado y de bajos costos, es por esta
razón que se toma como referencias los siguientes trabajos:
En el trabajo: “Sistema de monitoreo de la calidad del aire integrado a IoT”
presentado por Ezequiel Campoli Marciszack en el año 2016. (Marciszack, 2016)
Principalmente destaca el uso de la tecnología en beneficio del medio ambiente y
la ventaja de instalar equipos en varios puntos de la ciudad con la finalidad de
contrarrestar la contaminación en el aire y a su vez predecir eventos que nos
permitan determinar acciones más certeras en base a las actividades que estén
ejecutándose en un lugar determinado.
Mediante este trabajo se puede corroborar que es óptimo desarrollar un prototipo
que controle en tiempo real la calidad del aire, ya que de esta manera se
disminuiría todo aquello que genere lo tóxico en el mismo y esto dará como
resultado una mejora en el medio ambiente.
En el artículo “Dispositivo electrónico portable para la medición de la
contaminación del aire” presentado por Diana Lancheros-Cuesta, Boris Galvis,
Jorge Pachón en el año 2017. (Lanceros-Cuesta, 2017)
Desarrollaron e implementaron un dispositivo portable que por medio de sensores
sea capaz de medir las variables contaminantes como temperatura, CO, pequeñas
13
partículas que están en el aire en diferentes asentamientos poblacionales, por lo
que exponen cada uno de los pasos que tomaron para lograr dicho objetivo, al
igual dejan en evidencias las pruebas de campos realizadas en diferentes
asentamientos.
El artículo tiene contenido favorable para nuestro trabajo, ya que expone paso a
paso y de manera fácil el desarrollo e implementación de un dispositivo, que en
tiempo real y en distintos entornos muestre resultado del estado contaminante del
aire.
En la Universidad Técnica de Ambato se desarrolló una “Plataforma cloud de
monitoreo, adquisición, visualización y predicción de la contaminación del
aire basado en modelos de redes neuronales artificiales”. (Paredes, 2018)
Este proyecto de tesis demuestra en que tiempo la salud del ser humano se ve
afectada por los factores contaminantes que están impregnados en el aire.
Para demostrar esto se diseña una plataforma móvil compuesta por sensores de
mediciones de humedad, temperatura, PM10 y PM2.5.
La información obtenida por los sensores se guarda en una base de datos, a la
que cualquier usuario tendrá acceso si cuenta con una conexión a internet. Lo que
llamó la atención de este proyecto son las predicciones que realiza cuando se
acumula en la atmósfera partículas contaminantes de PM10 y PM2.5, usaron
redes neuronales artificiales a la que dieron instrucciones por medio de la
programación.
En el informe “Informe de Calidad Del Aire en la Ciudad de Cuenca en el año
2015” presentado en el año 2015 (EMOV, 2015).
En este proyecto se implementó una red de monitoreo de calidad del aire que va
en aumento de acuerdo a las necesidades que demanda la ciudad de Cuenca
enfocándose en el centro de la urbe. Este sistema accede a información confiable,
continua y especifica.
Los resultados obtenidos y analizados en este documento, es acoplada a la Norma
Ecuatoriana de Calidad de Aire (NECA) juntos con las Guías de la Organización
14
Mundial de la Salud, para los siguientes gases: monóxido de carbono (CO),
dióxido de nitrógeno (NO2), dióxido de azufre (SO2), ozono (O3), material
particulado (PM10 y PM2.5).
Se recaudó datos de 20 estaciones estáticas y de una estación automatizada, para
llegar a conclusiones sobre qué tan contaminado está el aire en esa ciudad y
también qué medidas tomar referente a los diferentes tipos de gases que se
encuentran y que están destruyendo la salud de las personas y el medio ambiente.
En este informe “Índice Quiteño de la Calidad del Aire en Quito” presentado
por Valeria Díaz Suárez elaborado en el año 2015 (Díaz, 2015).
La siguiente red de monitoreo ya está operando y sirve para detectar gases
esparcidos en el aire por diferentes tipos de factores, en donde se obtienen
resultados de las centrales automatizadas de algunos puntos de la ciudad que son
analizados en base a la NECA (Norma Ecuatoriana de Calidad del Aire).
Los que se destaca de este informe es que cuenta con una estación automática
tipo móvil la cual envía mensajes de alarmas a estaciones remotas cuando los
niveles de gases tóxicos superan su límite para luego de detectarse la amenaza
enviar un mensaje de texto a los dispositivos móviles de los empleados que están
a cargo del REMMAQ (Red Metropolitana de Monitoreo Atmosférico de Quito),
este procedimiento se lleva a cabo gracias al sistema SIDOCA/SIROME.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
En base a la investigación realizada y a la información recaudada se van
a definir los elementos a utilizar en el proyecto.
PRINCIPALES GASES CONTAMINANTES
Los gases contaminantes son elementos que retenidos en gran masa en el aire
son causantes de alteraciones perjudiciales en el medio ambiente y en la salud de
los seres vivos.
Los contaminantes se clasifican en:
15
Primarios: son los que están en la atmosfera sin alteración alguna desde
que son emanados por alguna fuente.
Secundarios: son los que han sufrido trastornos por motivo de algún
químico, también se los puede definir como la unión de dos o más
contaminantes primarios en la atmosfera.
A continuación, definimos los principales gases contaminantes:
Monóxido de Carbono (CO)
Es una sustancia ligera e inflamable que se esparce en el aire, producida
mayormente en ciudades grandes, es producto de diferentes factores como por
ejemplo el tráfico vehicular, actividades antropogénicas principalmente dadas en
el hogar y por ultimo debido a procesos naturales. (CEMCAQ, 2019)
La inhalación de monóxido de carbono es perjudicial ya que al ingresar al
organismo de un ser vivo bloquea por completo el paso del oxígeno. En el Cuadro
3 se muestran los niveles permisibles del monóxido de carbono
Cuadro 3. Niveles permisibles de monóxido de carbono
Niveles Partes por millón
Nivel de exposición permisibles 8
horas al día
25
Dolor de frente en 2 a 3 horas 400
Dolor de cabeza, mareo nauseas en
20 minutos, colapso y muerte en 1
hora
1600
Dolor de cabeza y mareo en 1 a 2
minutos. Pérdida del sentido y
muerte en 10 a 156 minutos
64000
16
Efectos inmediatos, pérdida del
sentido, peligro de muerte de 1 a 3
min
128000
Elaborado: Iván Beltrán y Carmen Villacís
Fuente: Datos de la investigación
Dióxido de carbono (CO2)
Conocido también como anhídrido carbónico es un gas incoloro e inodoro,
producido generalmente en la quema de sustancias que están compuesta de
carbono.
Una de las variantes que provoca el calentamiento global es la concentración de
este gas en el aire. Sin embargo, es necesaria la presencia de dióxido de carbono
para que las plantas puedan cumplir su proceso de fotosíntesis (Geoambiental,
2013)
En el Cuadro 4 se muestran los niveles permisibles del dióxido de carbono:
Cuadro 4. Niveles permisibles del dióxido de carbono
Niveles Partes por millón
Nivel normal al aire libre 350 – 450
Niveles aceptables menor a 600
Quejas de rigidez y olores 600 – 1000
Estándar (ASHRAE - OSHA) 1000
Somnolencia 1000 – 2500
17
Efectos adversos a la salud 2500 – 5000
Nivel permitido en 8 horas de
trabajo
5000 – 10000
Nivel permitido en 15 minutos de
trabajo
30000
Elaborado: Iván Beltrán y Carmen Villacís
Fuente: Datos de la investigación
Benceno
Tiene un olor en particular y puede hacerse adictivo. Se obtiene de los derivados
del petróleo por la combustión incompleta, en procesos industriales, tubo de
escape en automóviles y en la evaporación de la gasolina. Es genotóxico y
cancerígeno para el cuerpo y no se puede estar expuesto ningún nivel ante este
gas ya que no es seguro para la salud. (Retana, 2018)
Dióxido de nitrógeno (NO2)
Es un gas dañino, que causa irritación y que forma las partículas de nitrato que
conllevan a la producción de ácido y material particulado (2.5). Este gas se crea
mediante el proceso de combustión a temperaturas elevadas, como en medios de
transporte y en plantas eléctricas. Otra manera en que se produce es mediante el
uso en menor escala de cocinas a gas y estufas. (Espin, 2016)
CONTAMINACIÓN DEL AIRE
Surge por la introducción de partículas o sustancias nocivas que provocan un
cambio al estado natural de las variables propias del aire, causando efectos
desfavorables para los seres humanos y el medio ambiente.
Esta contaminación puede darse de manera natural por la emisión de cenizas
volcánicas, por esporas de hongos o bacterias, así como también provocadas por
18
la población en sus actividades industriales, domésticas, comerciales o mientras
conducen. (Ochoa, 2014)
A continuación, se muestra en el Cuadro 5 con los niveles permisibles según la
Norma de Calidad del Aire:
Cuadro 5. Niveles Máximos Permisibles
Contaminante Tiempo Promedio Limite Permisible
(ug/Nm3)
Monóxido de Carbono 8 horas
1 hora
10.000
40.000
Dióxido de Nitrógeno Anual
24 horas
1 hora
100
300
100
Ozono( O3) 8 horas
1 hora
160
250
Partícula Fracción (MP-
10)
Anual
24 horas
50
150
Partícula Fracción (MP-
2.5)
Anual
24 horas
15
65
La unidad expresada en la tabla es microgramos sobre metro cúbico
Elaboración: Secretaria Estado del Medio Ambiente y recursos Naturales
Fuente: http://extwprlegs1.fao.org/docs/pdf/dom60781.pdf
En el anexo 4 del libro VI en la Norma de Calidad del Aire, se precisa un sistema
que determina el grado de concentraciones contaminantes en la atmósfera bajo
condiciones de 25ºC, en cuyo sistema se reflejan tres niveles denominados nivel
de alerta, alarma y emergencia como se aprecia en el siguiente Cuadro 6.
(Aguiñaga, 2011)
19
Cuadro 6. Niveles de contaminación
Contaminante y Período de
Tiempo
Alerta Alarma Emergencia
Monóxido de Carbono
Concentración promedio en
ocho horas (μg/m3)
15000 30000 40000
Ozono Concentración
promedio en ocho horas
(μg/m3)
200 400 600
Dióxido de Nitrógeno
Concentración promedio en
una hora (μg/m3)
1000 2000 3000
Dióxido de Azufre
Concentración promedio en
veinticuatro horas (μg/m3)
200 1000 1800
Material particulado PM 10
Concentración en veinticuatro
horas (μg/m3)
250 400 500
Material Particulado PM 2.5
Concentración en veinticuatro
horas (μg/m3)
150 250 350
Elaboración: Ministerio del ambiente
Fuente: http://extwprlegs1.fao.org/docs/pdf/ecu112183.pdf
Partes por millón (PPM)
Partes por millón o PPM es una medida de concentración, donde se describe las
unidades de una sustancia contenida en un determinado volumen. En este
proyecto se realiza un prototipo que medirá el monóxido de carbono y el dióxido
de carbono que se encuentra en el aire por lo tanto se registrará los PPM con
respecto a estos gases (Josue, 2018)
20
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
Son todos aquellos cuyas funciones son de almacenar, transportar o cambiar la
información por medio de señales eléctricas, estos dispositivos se encuentran
integrados y conectados entre sí dentro de un circuito electrónico. (Chiarena,
2017)
Arduino
Es un dispositivo compuesto por una placa electrónica al que viene adjuntado un
microcontrolador reprogramable, puertos de entrada/salida y un sinnúmero de
sensores, los cuales permiten crear fácilmente proyectos combinando la
electrónica con la programación. (Marciszack, 2016)
Por medio del entorno de desarrollo IDE, que brinda Arduino se establecen
parámetros que derivan el comportamiento de los sensores una vez que se
encuentren enlazados la placa con un computador.
Arduino uno atmega 328p
Generalmente es el más empleado en placas de Arduino por la razón que sus
especificaciones técnicas y funcionalidades son precisas en el desarrollo de
proyectos especialmente en aquellas que requieran aplicaciones automatizadas.
En la Gráfica 3 se observa el dispositivo:
21
Gráfica 3. Arduino ATMEGA 328P
Elaboración: Arduino.cl
Fuente: http://arduino.cl/que-es-arduino/
Se puede visualizar en el Cuadro 7. especificaciones técnicas de la placa arduino
atmega328p.
Cuadro 7. Especificaciones Técnicas
Microcontrolador ATmega328P
Tensión De Funcionamiento 5V
Voltaje De Entrada (Recomendado)
7-12V
Voltaje De Entrada (Límite) 6-20V
Pernos Digitales De E / S 14 (de los cuales 6 proporcionan salida PWM)
Pwm Digital I / O Pins 6
Clavijas De Entrada Analógica 6
22
Corriente Dc Por Pin De E / S 20 mA
Corriente Dc Para 3.3v Pin 50 mA
MEMORIA FLASH
32 KB (ATmega328P) de los cuales 0.5 KB utilizados por el cargador de
arranque
Sram 2 KB (ATmega328P)
Eeprom 1 KB (ATmega328P)
Velocidad De Reloj 16 MHz
Led_Builtin 13
Longitud 68.6 mm
Anchura 53.4 mm
Peso 25 g
Elaboración: Alfonso Pérez
Fuente: https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3
Módulo ESP12e
Viene integrado con un SoC (sistema con chip) denominado ESP8266 que es una
tarjeta de desarrollo dirigida al internet de las cosas(IOT). Se componen de un chip
altamente integrado ESP8266, que abarca muchas soluciones para lograr la
conexión con todo un mundo. El módulo ESP8266, está formado por un potente
procesador, conexión wifi, lenguajes de programación a elegir tales como Arduino
o Lua y esto le permite ser más potente que tarjetas de Arduino. (Castiblanco
& Cañon, 2019)
En la Gráfica 4 se observa de la parte frontal y del dispositivo:
23
Gráfica 4. Módulo ESP12E
Elaborado por: Naylamp Mechatronics Perú
Fuente: https://naylampmechatronics.com/espressif-esp/176-modulo-esp8266-
esp-12e.html
Módulo ESP32
El ESP32 es un SoC (System on Chip) diseñado por la compañía china Espressif
y fabricado por TSMC. Integra en un único chip un procesador de doble núcleo de
32bits a 160Mhz (con posibilidad de hasta 240Mhz), conectividad WiFi y Bluetooth
siendo el sucesor del ESP8266. Añade funciones como un sensor de temperatura,
sensor hall, sensor táctil, reloj de tiempo real (RTC). más puertos, más buses,
diseñado para dispositivos móviles, dispositivos electrónicos portátiles e Internet
de las cosas (IoT) Ideal para aplicaciones de baja potencia. (Electronics, 2019)
24
Gráfica 5. Módulo ESP32
Elaborado por: Comunicaciones inalámbricashoy
Fuente: https://www.comunicacionesinalambricashoy.com/socs-modulos-
inalambricos-espressif-iot/
Sensores
Son dispositivos de medición expertos en captar información de manera
automática de variables de atmosféricas (presión, temperatura, etc.), dicha
información es procesada dando un resultado entendible y manipulable para el
usuario. (Sarzosa, 2015)
También un sensor es un dispositivo electrónico apto para captar señales de
magnitudes físicas o químicas que se denominan variables de entorno, y luego las
convierte en señales eléctricas. (Castañeda, 2016)
Los sensores se dividen en diversos tipos:
Sensores pasivos: producen energía con resultados a señales externas
y se retroalimentan de las mismas.
Sensores activos: solicitan una fuente de energía para conseguir una
señal del entorno en donde se está capturando la información.
Sensores analógicos: cogen una señal del medio en donde se
encuentra y provee un muestreo de magnitudes continuas.
25
Sensores digitales: obtienen la señal del entorno actual y forma datos
de salida escalonados o discretos.
De acuerdo a cada grupo mencionado obtendremos los sensores que se adapten
a la estructura de nuestro trabajo.
Sensores MQ
Son dispositivos de medición especializados en captar información
automáticamente de sustancias químicas que se encuentran en el aire.
Estos sensores por lo general se encuentran anexados a módulos de arduino los
cuales permiten leer la información para luego procesarla y generar un resultado
entendible y manipulable para el usuario. (Sarzosa, 2015)
Aunque los sensores MQ presentan limitaciones son apropiados y los más
empleados generalmente en proyectos caseros electrónicos.
A continuación, detallaremos los sensores empleados en este proyecto:
Sensor MQ7
Este tipo de sensor se caracteriza por encontrar rápidamente concentraciones de
monóxido de carbono (CO) en el aire y por su elevada sensibilidad que le tiene a
esta sustancia química.(C Castiblanco 2019)
Entre sus principales características se destacan las siguientes:
Bajo costo y fácil implementación.
Sensor estable y de larga vida.
Tiempos muy rápidos de respuestas
Empleados mayormente en proyectos para empresas, hogares, etc
La salida de la señal puede ser analógica y digital.
26
Gráfica 6. Sensor MQ-7
Elaboración: Cristian Castiblanco y Nicolás Cañón
Fuente:http://repository.unipiloto.edu.co/bitstream/handle/20.500.12277/4880/00
005094.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Sensor MQ135
Habitualmente, los sensores MQ 135 son implementados en oficinas y/o edificios
cuya función es verificar la calidad de aire mediante la detección de Benceno,
alcohol, humo, dióxido de carbono.(C Castiblanco 2019)
Se los distinguen principalmente por sus características:
Son de extenso alcance
Sensibilidad elevada a gases como el amoniaco humo, NH3, benceno,
alcohol, óxidos de nitrógeno NOx, Co2.
Poseen salida analógica y de nivel TTL.
Buenos tiempos de respuestas.
27
Gráfica 7. Sensor MQ 135
Elaboración: Cristian Castiblanco y Nicolás Cañón
Fuente:http://repository.unipiloto.edu.co/bitstream/handle/20.500.12277/4880/00
005094.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Módulo GPS
Es un dispositivo capacitado para obtener la posición geográfica del lugar donde
se encuentre un objeto y a su vez determinar dimensiones como latitud, longitud
y altura, prácticamente es un receptor que cuenta con una antena quien es la
encargada de receptar las señales dadas por parte de satélites que orbitan
alrededor de la Tierra. (Quishpe, 2017)
Las antenas receptoras incorporan algoritmos matemáticos que permiten
establecer un tiempo aproximado que puede tardar un individuo hasta llegar al
punto determinado.
Hay una gran variedad de módulos GPS, que se adaptan de acuerdo al propósito
que se requiera en un proyecto, por ejemplo, los Smartphone incluyen módulos
GPS que en caso de pérdida permiten rastrearlo.
Módulo GPS GY-GPS6MV2
Esta tarjeta cuenta con un módulo GPS NEO-6M u-blox con antena, una memoria
EEPROM, una pila de botón para mantener los datos de configuración y un
indicador led incorporado. Es compatible con varias tarjetas controladoras
diseñadas para trabajar con un módulo GPS. Se destacan por su buen
28
rendimiento, debido a sus prestaciones de conexión que es de 1 a 2 min
(naylampmechatronics, 2016)
En la Gráfica 8. Se muestra el dispositivo:
Gráfica 8. GPS GY-GPS6MV2
Elaboración: Naylamp Mechatronic
Fuente: Datos de Investigación.
PROTOBOARD
Es una herramienta básica para pruebas de circuitos electrónicos, se trata de un
tablero con bastantes agujeros pequeños conectados internamente entre sí en
una sola fila y en varias filas sin conductividad entre ellos, al que se añaden
eventualmente componentes electrónicos e inclusive cables sin que estos sean
soldados.
El protoboard permite comprobar el funcionamiento de un proyecto y a su vez
brinda la ventaja de modificar, montar o desmontar rápidamente el circuito
electrónico.
Se encuentra divido en las siguientes partes:
Canal Central
29
Es el que está en el centro del protoboard por donde los circuitos se
encuentran conectados cuyo propósito es separar los pines de los dos
extremos del circuito.
Buses
Son aquellos que se encuentran en los dos extremos en forma horizontal
y son diferenciados por el color de sus líneas, es decir que las líneas azules
o negras son llamadas buses negativos o de tierra y las líneas rojas son
llamadas buses positivos o de voltaje.
Pistas
Ayudan a situar los componentes, se distingue por las líneas rosas de
manera vertical.
Gráfica 9. Partes del protoboard
Elaboración: Juana Amado
Fuente: https://issuu.com/juanitamado/docs/partes_de_la_protoboard.pptx
OPEN SOURCE
Hace referencia a la libre disponibilidad por parte del usuario de un software y de
su código fuente. El código fuente está formado por líneas de instrucciones
escritas en un determinado lenguaje de programación que permita desarrollar una
30
aplicación o un software y que este ejecute las tareas para las que ha sido
creadas. (Cobo, Gómez, Péres, & Rocha, 2005, pág. 27)
BASE DE DATOS
Es un almacén de datos relacionados con diferentes modos de organización. Una
base de datos representa algunos aspectos del mundo real, aquellos que le
interesan al usuario. Y que almacena datos con un propósito específico. Con la
palabra “datos” se hace referencia a hechos conocidos que pueden registrarse,
como ser números telefónicos, direcciones, nombres, etc. (Gutierrez Díaz, 2015,
pág. 3)
Entonces, se concluye que una base de datos es una herramienta que relaciona
datos de manera diferente ya que dispone de distintos modelos para su
organización, de manera que sean almacenados para un fin determinado.
SISTEMA DE BASE DE DATOS (SBD)
Es el nombre que adquiere un conjunto de software que dirigen una base de datos,
estos sistemas ayudan a que un usuario no altere datos de forma directa sino que
se base en estándares y también que todos dispongan de la misma interfaz para
su manejo. (Arias Á. , 2014)
MYSQL
(Coral Quinto, 2018) Afirma que: El sistema de gestión de base de datos MySql
es uno de los sistemas más accedidos en aplicaciones de código abierto, es
relacional, multihilo y multiusuario, una de sus principales funciones es la rapidez
al momento de ejecutar una instrucción.
SERVIDOR WEB
Se puede indicar que un servidor web es una aplicación informática del lado del
servidor que realiza conexiones bidireccionales y/o unidireccionales, síncronas o
asíncronas con el cliente generando una respuesta en cualquier lenguaje o
aplicación del lado del cliente (Talledo, 2015, pág. 48)
31
INTERFAZ DE USUARIO
Se puede definir a GUI como un conjunto de formas y métodos que posibilitan a
los usuarios la interacción con un sistema, empleando para esto gráficos e
imágenes. Con formas gráficas nos referimos a botones, íconos, ventanas,
fuentes, etc. los cuales representan funciones, acciones e información en el
contexto de ese sistema (Alegsa, 2016)
PHP (PERSONAL HOME PAGE)
(Arias M. Á., 2017) Afirma que es un lenguaje interpretado libre, usado
originalmente solamente para el desarrollo de aplicaciones presentes y que
actuaran en el lado del servidor, capaces de generar contenido dinámico en la
World Wide Web (pág. 13)
Se logra la instalación de PHP en gran parte de sistemas operativos de forma
gratuita lo que lo hace un gran competidor con otras marcas como Microsoft, se lo
emplea en aplicaciones como Media Wiki, Facebook, Drupal, Joomla, WordPress,
Magento y Oscommerce. (Arias M. Á., 2017)
FUNDAMENTACIÓN LEGAL
Es importante mencionar los artículos que respaldan el desarrollo de este tema de
tesis, encontrados en el marco legal de la Constitución de la República del
Ecuador y Ley Orgánica de las Telecomunicaciones que son los siguientes:
Que, el numeral 27 del artículo 66 de la Constitución de la República del
Ecuador determina lo siguiente:
“El derecho a vivir en un ambiente sano, ecológicamente equilibrado, libre de
contaminación y en armonía con la naturaleza”. (Ecuador, 2008)
Que, el artículo 73 de la Constitución de la República del Ecuador dispone:
“EI Estado aplicará medidas de precaución y restricción para las actividades que
puedan conducir a la extinción de especies, la destrucción de ecosistemas o la
alteración permanente de los ciclos naturales. (Ecuador, 2008)
32
Se prohíbe la introducción de organismos y material orgánico e inorgánico que
puedan alterar de manera definitiva el patrimonio genético nacional”.
Que, el artículo 83 de la Constitución de la República del Ecuador establece:
que algunos de los deberes y responsabilidades de los ecuatorianos, en materia
ambiental, son los siguientes: defender la integridad territorial del Ecuador y sus
recursos naturales, respetar los derechos de la naturaleza, preservar un ambiente
sano y utilizar los recursos naturales de modo racional, sustentable y sostenible,
conservar el patrimonio cultural y natural del país, y cuidar y mantener los bienes
públicos; (Ecuador, 2008)
Que, el artículo 389 de la Constitución de la República del Ecuador describe:
“El Estado protegerá a las personas, las colectividades y la naturaleza frente a los
efectos negativos de los desastres de origen natural o antrópico mediante la
prevención ante el riesgo, la mitigación de desastres, la recuperación y
mejoramiento de las condiciones sociales, económicas y ambientales, con el
objetivo de minimizar la condición de vulnerabilidad”. (Ecuador, 2008)
Que, el artículo 395 de la Constitución de la República del Ecuador reconoce
los siguientes principios ambientales:
1. El Estado garantizará un modelo sustentable de desarrollo,
ambientalmente equilibrado y respetuoso de la diversidad cultural, que
conserve la biodiversidad y la capacidad de regeneración natural de los
ecosistemas, y asegure la satisfacción de las necesidades de las
generaciones presentes y futuras. (Ecuador, 2008)
2. Las políticas de gestión ambiental se aplicarán de manera transversal y
serán de obligatorio cumplimiento por parte del Estado en todos sus
niveles y por todas las personas naturales o jurídicas en el territorio
nacional. (Ecuador, 2008)
3. El Estado garantizará la participación activa y permanente de las personas,
comunidades, pueblos y nacionalidades afectadas, en la planificación,
ejecución y control de toda actividad que genere impactos ambientales.
33
4. En caso de duda sobre el alcance de las disposiciones legales en materia
ambiental, estas se aplicarán en el sentido más favorable a la protección
de la naturaleza. (Ecuador, 2008)
Que, el artículo 29.- Regulación técnica de la Ley Orgánica de
Telecomunicaciones afirma el cumplimiento:
“Consistente en establecer y supervisar las normas para garantizar la
compatibilidad, la calidad del servicio y solucionar las cuestiones relacionadas
con la seguridad y el medio ambiente”.
Que, el artículo 104. Uso y Ocupación de Bienes de Dominio Público de
la Ley Orgánica de Telecomunicaciones manifiesta lo siguiente:
“Los gobiernos autónomos descentralizados en todos los niveles deberán
contemplar las necesidades de uso y ocupación de bienes de dominio público
que establezca la Agencia de Regulación y Control de las Telecomunicaciones
y, sin perjuicio de cumplir con las normas técnicas y políticas nacionales,
deberán coordinar con dicha Agencia las acciones necesarias para garantizar
el tendido e instalación de redes que soporten servicios de telecomunicaciones
en un medio ambiente sano, libre de contaminación y protegiendo el
patrimonio tanto natural como cultural.
En el caso de instalaciones en bienes privados, las tasas que cobren los
gobiernos autónomos descentralizados no podrán ser otras que las
directamente vinculadas con el costo justificado del trámite de otorgamiento
de los permisos de instalación o construcción.
Los gobiernos autónomos descentralizados no podrán establecer tasas por el
uso de espacio aéreo regional, provincial o municipal vinculadas a
transmisiones de redes de radiocomunicación o frecuencias del espectro
radioeléctrico”.
34
DEFINICIONES CONCEPTUALES
Microcontrolador
Es un chip programable que lee y ejecuta instrucciones dadas por el usuario por
medio de códigos de programación, pieza fundamental de proyectos que rigen de
un proceso automático.
Es considerado un pequeño ordenador por incorporar elementos como: memorias,
puertos de entrada/salida y CPU en su interior. (Artero, pág. 62)
Ide
Entorno de desarrollo integrado, es un software interactivo conformado por un
sinnúmero de herramientas de programación que favorecen al usuario en el
desarrollo de una aplicación. (Huércano & Villar, 2015)
Software libre
Es el código fuente de un programa al que se puede tener libre acceso, el mismo
que puede ser alterado o reproducido en diferentes versiones sin solicitar permiso
al desarrollador.
Código de programación
Son instrucciones en bloques de textos efectuadas por un desarrollador con
cualquier lenguaje de programación.
Dispositivos de medición
Son dispositivos especializados en medir magnitudes físicas de aquellos
fenómenos que están presente en el ambiente.
PM
Son partículas reducidas inhalables que se forman de sustancias orgánicas e
inorgánicas y están frecuentemente en el aire. (AEMET, 2018)
35
Contaminación Atmosférica
Es la presencia de sustancias en la atmosfera que implican molestias o riesgo
para la salud para las personas y de los demás seres vivos. (Dra. Isabel Amable
Álvarez, 2017)
GPS
Sistema de posicionamiento global, es un sistema de satélites usado en
navegación que permite determinar la posición las 24 horas del día en cualquier
lugar del mundo indistintamente de la condición climática (Alcántara, 2014)
SOC
Sistema en Chip, es un circuito integrado que incorpora gran parte de los
componentes de un ordenador, un sistema informático o electrónico (Castiblanco
& Cañon, 2019)
Medio Ambiente
Es un sistema global compuesto por elementos naturales, físicos, químicos o
biólogos que están en constate evolución en la naturaleza o por las actividades
humanas.
Ecosistema
Es la unidad básica de integración del medio ambiente resultante de los seres
vivos y los elementos en un área determinado.
Emisión
Es la expulsión de sustancias en la atmosfera que provienen de las actividades
humanas.
Polución
Es la contaminación de medio ambiente, del aire o del agua
XAMPP
Es un servidor independiente de código libre y gratuito que por sus siglas consta
con los siguientes servicios:
36
X: para cualquier sistema operativo
A: Apache, es un software de servidor web de código abierto.
M: MySQl es un sistema de gestión de base de datos
P: PHP que es un lenguaje de programación interpretado para diseño de páginas
webs.
P: Perl, un lenguaje de programación que toma características de C
37
CAPÍTULO III
PROPUESTA TECNOLÓGICA
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD
Factibilidad Operacional
La propuesta de titulación que presenta un dispositivo electrónico basados en
placas con microcontroladores que permite identificar la presencia de monóxido
de carbono y dióxido de carbono en el aire, en los sectores donde se instalen los
aparatos, ha sido acogida de manera positiva por las personas investigadas, a
través de la ejecución de entrevistas y encuestas, considerando que se va a poder
obtener información importante acerca de los niveles de contaminación por el
mencionado gas en diferentes sitios de la ciudad, lo que permitirá a los
administradores de la ciudad tomar las decisiones adecuadas al respecto..
En la ciudad de Guayaquil no existen centros de medición de calidad del aire o de
captación del nivel de presencia de ciertos gases que, en cantidades altas, puede
producir afectación en la salud de los ciudadanos, cuyos resultados tengan acceso
la ciudadanía. Por lo anterior, la propuesta fue comprendida y aceptada por los
encuestados, quienes expresaron, además, que la información debe estar
acompañada de planes específicos de acción en cuanto a:
Control de emisión de gases de los vehículos motorizados, fábricas,
industrias, minas y canteras;
Reforestación
Construcción con elementos orgánicos en fachadas o terrazas.
Sistemas alternos de energía limpia.
Los encuestados mencionan que el proyecto presentado, acompañado de los
planes de mitigación mencionados en el párrafo anterior aporta en el mejoramiento
del ambiente y la salud de los conciudadanos que habitan en esta importante
ciudad ecuatoriana.
38
Factibilidad técnica
Para el desarrollo del proyecto de titulación se utilizaron dispositivos digitales y
electrónicos de diferente tipo para la captación de la información medio ambiental
y, además, de diferentes aplicaciones informáticas permitieron completar la
funcionalidad necesaria requerida para el proyecto. Para el desarrollo del proyecto
se utilizó una computadora tipo laptop con las siguientes características
presentadas en el Cuadro 8:
Cuadro 8. Características de hardware de computadora
Ítem Características
Procesador Intel(R) Core(TM) I5-7200, 2.5 GHz
Memoria RAM 8.0 GB
Disco duro 1 TB
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En la computadora personal mencionada, se instalaron las aplicaciones para
poder desarrollar el sistema, los cuales Se presentan en el Cuadro 9:
Cuadro 9. Herramientas informáticas instaladas
Ítem Características
Panel de control XAMPP control panel v3.2.2
Servidor web Apache
Gestor de base de datos MySql Comunity Server 8.0.11
Desarrollo de modelos Microsoft Visio 2013
Ofimática Office 2013
Sistema operativo Windows 10
Ide de desarrollo Arduino 1.8.9
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
39
El software instalado, a excepción de Windows 10 son del tipo “Open Source” por
lo cual no es necesario pagar licencia por la descarga y el uso de las aplicaciones
mencionada. En el caso del sistema operativo Windows 10, fue responsabilidad
de los autores de la investigación la compra de la licencia de uso correspondiente.
Factibilidad Legal
El proyecto de titulación presentado no violenta ninguna ley vigente en el territorio
ecuatoriano y, más bien, aporta de manera significativa en el cumplimiento del
Código Orgánico de Ambiente, en el cual se determina que la Autoridad Ambiental
Nacional o el Gobierno Autónomo Descentralizado competente, en coordinación
con las demás autoridades que posean la capacidad legal de regular y controlar
el medio ambiente, realizarán el monitoreo y seguimiento de la calidad del aire,
agua y suelo, de conformidad con las normas reglamentarias y técnicas que se
expidan para el efecto. Esto implica que, el desarrollo de dispositivos de bajo costo
que permita el monitoreo de la calidad del aire o la presencia de gases, que en
altas concentraciones puede afectar la salud humana, es beneficioso para la
sociedad y, en uso de las autoridades competentes, permite cumplir con la
normativa legal vigente.
Adicionalmente, si los dispositivos digitales y el software desarrollado como parte
del proyecto son utilizados por las autoridades locales competentes para la
regulación y control del medio ambiente, conduciría al cumplimiento de los
derechos constitucionales de todos los ecuatorianos y extranjeros que viven en el
territorio patrio, el aseguramiento de los derechos de buen vivir determinados en
la carta magna, en la cual se reconoce el derecho de la población a vivir en un
ambiente sano y ecológicamente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el
buen vivir, también denominado en la Constitución de la República como “sumak
kawsay”.
La Carta Magna también define el derecho a la educación que tienen las personas
a lo largo de la vida, siendo un deber inexcusable del estado y, además, determina
que dicha educación se centrará en el ser humano y garantizará su desarrollo
holístico, en el marco del respeto a los derechos humanos, al medio ambiente
40
sustentable y a la democracia. Al desarrollar la propuesta de titulación presentada
contribuimos a garantizar el principio constitucional en el ámbito del
aseguramiento del medio ambiente sustentable.
Factibilidad Económica
Durante el desarrollo del proyecto de titulación se incurrió en una serie de egresos
económicos, con la finalidad de obtener los elementos constitutivos del dispositivo
y los gastos relacionados a la ejecución del proyecto. Estos costos se pueden
categorizar en dos grupos que son, los gastos de recursos administrativos y
aquellos relacionados a la obtención de los elementos digitales que componen el
sistema. Todos los costos que han sido generados por el proyecto se han cubierto
exclusivamente por los autores del proyecto de titulación. La Cuadro 10 presenta
los costos administrativos de la elaboración del sistema.
Cuadro 10. Costos del proyecto
EGRESOS DÓLARES
Suministros de oficina $ 60,00
Fotocopias $30,00
Impresiones $100,00
Desarrollo del sistema $1500
Anillado y empastado $100,00
Computador de desarrollo $700
TOTAL $2490,00
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Así también, en la adquisición de elementos digitales para el desarrollo del
proyecto, tuvieron los costos expuestos en el Cuadro 11:
Cuadro 11. Dispositivos utilizados en el proyecto
EGRESOS CANTIDAD PRECIO TOTAL
NodeMCU ESP32 1 $20.00 $20.00
41
GPS GY-GPS6MV2 1 $ 28,00 $ 28,00
MQ Sensor MQ-135 1 $ 5,00 $ 5,00
MQ Sensor MQ-7 1 $ 5,00 $ 5,00
ProtoBoard 1 $ 4,00 $ 8,00
Módulo Relay 2PH63091A 1 $ 15,00 $ 15,00
Resistencias (distintos valores) 10 $ 0,05 $ 0,50
Leds (distintos colores) 10 $ 0,10 $ 1,00
Cable 14 6 (mts) $ 1,00 $ 6,00
Conector corriente alterna 1 $ 3,00 $ 3,00
Destornillador 1 $ 3,00 $ 3,00
Caja PVC 1 $ 5.00 $ 5,00
Foco 1 $ 1.50 $ 1.50
TOTAL $ 101.00
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
ETAPAS DE LA METODOLOGÍA DEL PROYECTO
En el presente proyecto se ha ejecutado en tres etapas determinadas, las cuales
se definen a continuación:
Investigación De Campo
Durante esta etapa se realiza un levantamiento de información acerca de los
elementos constitutivos del proyecto, así como la percepción de las personas que
viven o visitan Guayaquil al respecto de la instalación de sensores de calidad del
aire y de identificación de monóxido de carbono en el ambiente. Para obtener
información más precisa en cuanto a la necesidad de la ciudad en cuanto a
elementos sensores de la calidad del aire se realizó dos entrevistas a funcionarios
de la Dirección de Ambiente del Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal
de Guayaquil que permitió identificar los elementos con los que debe contar el
sistema propuesto. El formulario de interrogantes planteadas a los funcionarios
municipales se encuentra en el Anexo 1 del presente documento.
42
Adicionalmente se realizó una encuesta a personas que se encontraban
circulando en una calle céntrica de la ciudad de Guayaquil y, en la misma, se
determinaron las opiniones de los ciudadanos en cuanto a la importancia de este
tipo de sistemas que entrega información de la situación del medio ambiente en
un momento determinado y que, de usarse adecuadamente dicha información,
puede mejorar la calidad de vida de los habitantes del cantón. El formulario con
las interrogantes realizadas a los encuestados se puede encontrar en el anexo 2
del presente documento.
Investigación Bibliográfica
Durante esta etapa del desarrollo del proyecto de titulación se realizó una
búsqueda y análisis bibliográfico en libros y textos especializados en tecnologías
de la información y comunicaciones, publicaciones científicas y demás bibliografía
relevante en torno a los temas considerados como parte sustancial del sistema
propuesto. En esta etapa se desarrolló la base conceptual sobre la cual se
fundamentaron los elementos de la propuesta y garantiza que el desarrollo del
proyecto se realiza sobre teorías académicas adecuadas.
Desarrollo De La Propuesta
En esta etapa del proyecto se desarrolló el análisis de la información obtenida en
las etapas previas, el diseño del sistema planteado, desarrollo de la solución y sus
respectivas pruebas que confirmen en buen funcionamiento del sistema
propuesto. A continuación, se presenta los elementos técnicos que forman parte
del sistema:
ARQUITECTURA DEL SISTEMA
La arquitectura se refiere a los componentes constitutivos del sistema y su forma
de interacción para obtener los resultados deseados. En la siguiente Gráfica 10.
se presenta la arquitectura general propuesta utilizando la placa genérica Arduino
Uno.
43
Gráfica 10. Arquitectura con Arduino Genuino Uno
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Así también, durante el proceso de desarrollo del proyecto de titulación, se
investigó acerca de las bondades de utilizar la placa genérica NodeMCU ESP32
que, teniendo muchas características equivalentes con la placa Arduino UNO,
posee el módulo de transmisión WiFi integrado al mismo dispositivo por lo cual la
configuración de la transmisión de datos se puede realizar de manera ágil e
intuitiva.
La arquitectura del sistema considerando la mencionada placa se presenta en la
Grafica 11.
44
Gráfica 11. Diseño con ESP32
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
ARDUINO
Arduino “es una compañía de software y hardware abierto, así como un proyecto
y comunidad internacional que diseña y manufactura placas de desarrollo de
hardware para construir dispositivos digitales y dispositivos interactivos que
puedan detectar y controlar objetos del mundo real”. Este proyecto de la
comunidad mundial pretende desarrollar dispositivos que puedan usarse en
distintos aspectos de la vida cotidiana y, además, permite que los desarrolladores
puedan crear nuevos dispositivos basados en las mencionadas placas.
Así también (Yubal, 2018) menciona que Arduino es una “plataforma de creación
de electrónica de código abierto, la cual está basada en hardware y software libre,
flexible y fácil de utilizar para los creadores y desarrolladores. Esta plataforma
permite crear diferentes tipos de microordenadores de una sola placa a los que la
comunidad de creadores puede darles diferentes tipos de uso”. Al ser programada
por desarrolladores de todo el mundo, que tienen acceso libre a las diferentes
45
librerías de la plataforma, pueden ser utilizadas en una serie casi ilimitada de
aplicaciones reales.
Este proyecto nació en el año 2003, cuando varios estudiantes del Instituto de
Diseño Interactivo de Ivrea, Italia, con el fin de facilitar el acceso y uso de la
electrónico y programación, desarrollaron el proyecto para que los estudiantes
tuvieran una alternativa más económica a las populares placas denominadas
“BASIC Stamp” que eran populares y mucho más caras.
Diseño detallado
La siguiente Gráfica muestra el diseño detallado de las conexiones entre la placa
Arduino UNO con los diferentes dispositivos utilizados en el proyecto de titulación.
En cada una de las conexiones se debe considerar la función de cada uno de los
pines que se encuentran definidos en el programa realizado.
En la siguiente Gráfica 12 presenta las conexiones de hardware:
46
Gráfica 12. Conexiones de hardware
X
5V
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS DISPOSITIVOS
Arduino Uno
Arduino UNO es una placa de circuitos basada en el microcontrolador
ATMEGA328P que permite la integración de elementos electrónicos y digitales
que, en conjunto con la programación adecuada, puede ser utilizada en diversas
aplicaciones. Es una excelente placa para iniciar en la electrónica y la
47
programación y está catalogada como la más robusta, más usada y con mayor
cantidad de documentación de toda la familia Arduino. Posee 14 pines de
entrada/salida digital (6 de los cuales pueden ser utilizados para PWN), 6 entradas
analógicas, un cristal de 16Mhz, conexión USB, conector jack de alimentación,
terminales para conexión ICSP y un botón de reseteo. Tiene toda la electrónica
necesaria para que el microcontrolador opere, simplemente hay que conectarlo a
la energía por el puerto USB ó con un transformador AC-DC (Arduino, 2019). En
el siguiente Gráfica 13 presenta la placa Arduino UNO
Gráfica 13. Arduino UNO
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
ELEMENTOS DE ARDUINO UNO
La placa Arduino UNO tiene una serie de elementos que permiten la funcionalidad
y el uso en diferentes tipos de proyectos. (Yubal, 2018) Define a cada uno de los
elementos como sigue:
48
Gráfica 14. Estructura de Arduino UNO
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
1. Conector USB: Provee la comunicación para la programación y la toma
de datos, también provee una fuente de 5VDC para alimentar la placa, pero
de baja corriente por lo que no sirve para alimentar motores grandes.
2. Regulador de voltaje de 5V: Se encarga de convertir el voltaje ingresado
por el plug 3, en un voltaje de 5V regulado. necesario para el
funcionamiento de la placa y para alimentar circuitos externos.
3. Plug de conexión para fuente de alimentación externa: Provee una
entrada de energía y debe estar entre 6V y 18V, incluso 20V como máximo.
4. Puerto de conexiones: Constituido por 6 pines de conexión con las
siguientes funciones:
a) RESET: Permite resetear el microcontrolador al enviarle un cero
lógico.
49
b) Pin 3.3V: Provee una fuente de 3.3VDC para conectar dispositivos
externos como un protoboard u otros dispositivos.
c) Pin 5V: Es una fuente de 5VDC para conectar dispositivos
externos.
d) Dos pines GND: Proveen la salida de cero voltios para dispositivos
externos.
e) Pin Vin: Este pin está conectado con el positivo del plug 3 por lo
que se usa para conectar la alimentación de la placa con una
fuente externa de entre 6 y 12VDC en lugar del plug 3 o la
alimentación por el puerto USB. Este puerto esta modificado en
la versión R3 de Arduino Uno.
5. Puerto de entradas análogas: En estos puertos se conectan las salidas
de los sensores análogos. Estos pines solo funcionan como entradas
recibiendo voltajes entre cero y cinco voltios directos.
6. Microcontrolador Atmega 328, es el microcontrolador implementado en
los Arduino UNO y sobre se realiza la programación.
7. Botón de RESET, este botón permite resetear el microcontrolador
haciendo que reinicie el programa.
8. Pines de programación ICSP, son usados para programar
microcontroladores en protoboard o sobre circuitos impresos sin tener que
retirarlos de su sitio.
9. LED ON: enciende cuando el Arduino está encendido.
10. LEDs de recepción y transmisión: Se encienden cuando la tarjeta se
comunica con el PC. El Tx indica transmisión de datos y el Rx recepción.
11. Puerto de conexiones: Está constituido por los pines de entradas o
salidas digitales, desde la cero hasta la 7. La configuración como entrada
o salida debe ser incluida en el programa. Cuando se usa el terminal serial
50
es conveniente no utilizar los pines cero (Rx) y uno (Tx). Los pines 3, 5 y 6
están precedidos por el símbolo ~, lo que indica que permiten su uso como
salidas controladas por ancho de pulso PWM.
12. Puerto de conexiones, incluye 5 entradas o salidas adicionales (de la 8 a
la 12), las salidas 9, 10 y 11 permiten control por ancho de pulso; la salida
13 es diferente pues tiene conectada una resistencia en serie, lo que
permite conectar un led directamente entre ella y tierra. Finalmente hay
una salida a tierra GND y un pin AREF que permite ser empleado como
referencia para las entradas análogas.
13. Este led indica el estado del pin 13.
14. ICSP (In Circuit Serial Programming): Sirve para programar el
BootLoader del Microcontrolador ATmega y así poder cargar los
programas que creemos en el IDE directamente en el microcontrolador sin
tener que necesitar Programadores externos. En la siguiente Gráfica 15
presenta las características del Arduino UNO
Gráfica 15. Características de Arduino UNO
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
51
ATMEGA328
La empresa Atmel, desarrolladora del microcontrolador ATMEGA328P/PU define
dicho dispositivo como:
Circuito integrado de alto rendimiento que está basado en el microcontrolador
RISC, con memoria flash programable de 32 KB que tiene la capacidad de lectura
y escritura, memoria EEPROM de 1 KB de, memoria SRAM 2 KB, 23 líneas de
E/S de propósito general, 32 registros de proceso general, tres temporizadores /
contadores flexibles con modo de comparación con PWM, interrupciones internas
y externas, programador de modo USART, una interfaz serial orientada a byte de
2 cables, puerto serial SPI, ADC de 6-canales de 10-bit (canales en TQFP y
QFN/MLF packages), "watchdog timer" programable con oscilador interno, y cinco
modos de ahorro de energía seleccionables por software.
El dispositivo opera entre 1.8 y 5.5 voltios. Por medio de la ejecución de poderosas
instrucciones en un solo ciclo de reloj, el dispositivo alcanza una respuesta de 1
MIPS, balanceando consumo de energía y velocidad de proceso. En la Gráfica 16
se presenta los pines del microcontrolador y su definición básica. No se ahonda
en la función de cada uno de ellos por estar fuera del alcance del presente
documento.
Gráfica 16. Pines del ATMEGA328
Elaboración: Atmel
Fuente: Datos de la investigación.
52
Sensor MQ-135
El sensor MQ-135 se utiliza en equipos de control de calidad del aire, capaz de
detectar gases como NH3 (Amoniaco), NOx (Óxido de Nitrógeno), alcohol,
benceno, humo, CO2 (Dióxido de carbono). Tiene la sensibilidad ajustable para
tener una lectura adecuada al sistema en particular. El sensor tiene un tamaño
pequeño y es muy práctico y sencillo de utilizar. El módulo tiene una salida digital
a través de un comparador con umbral ajustable y una salida analógica que la
puedes medir con cualquier microcontrolador o tarjeta de desarrollo con ADC.
Adicionalmente, para el funcionamiento del dispositivo, tiene un pin de
alimentación de energía y uno para la conexión a tierra. En la Gráfica 17 se
presenta las dimensiones y componentes del sensor.
Gráfica 17. Módulo MQ-135
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
Sensor MQ-7
El sensor MQ-7 se utiliza en equipos de control de calidad del aire, capaz de
detectar la presencia de monóxido de carbono en el ambiente. Al igual que los
demás sensores de la familia MQ es de pequeño tamaño, muy práctico y sencillo
de utilizar. El módulo tiene una salida digital a través de un comparador con umbral
ajustable y una salida analógica que la puedes medir con cualquier
microcontrolador o tarjeta de desarrollo con ADC. Adicionalmente, para el
53
funcionamiento del dispositivo, tiene un pin de alimentación de energía y uno para
la conexión a tierra. En la siguiente Gráfica 18 se presenta las dimensiones y
componentes del sensor.
Gráfica 18. Módulo MQ-7
Elaboración: Atmel
Fuente: Datos de la investigación.
Gps GY-GPS6MV2
El módulo GPS permite obtener la posición geográfica donde se encuentra el
dispositivo que, en su modelo GY-GPS6MV2, viene con un módulo de serie U-
Blox NEO 6M equipado en el PCB, una memoria EEPROM con configuración de
fábrica, una pila de botón para mantener los datos de configuración en la memoria
EEPROM, un indicador LED y una antena cerámica.
También posee los pines o conectores Vcc, Rx, Tx y Gnd por el que se puede
conectar a algún microcontrolador mediante una interfaz serial. Se recomienda
que, para obtener una lectura correcta, se realice las pruebas en lugares abiertos
o cerca de ventanas para que pueda obtener los datos de los satélites que
corresponden.
En la siguiente Gráfica 19 presenta la parte frontal del Módulo GPS GY-GPS6MV2:
54
Gráfica 19. GPS GY-GPS6MV2
Elaboración: Atmel
Fuente: Datos de la investigación.
Módulo Relay 2PH63091A
El módulo relé es un interruptor operado eléctricamente que le permite encender
o apagar un circuito usando voltaje y / o corriente mucho más alto de lo que un
microcontrolador podría manejar. No hay conexión entre el circuito de bajo voltaje
operado por el microcontrolador y el circuito de alta potencia. El relé protege cada
circuito uno del otro. Cada canal en el módulo tiene tres conexiones llamadas NC,
COM y NO. Dependiendo del modo de activación de la señal de entrada, la tapa
del puente se puede colocar en alto. En la siguiente Gráfico 20 presenta la
estructura del relay:
Gráfica 20. Estructura del relay
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
55
IDE DE PROGRAMACIÓN ARDUINO
Para generar el software a través del cual se realicen las instrucciones necesarias
para obtener los resultados planificados, se utilizó el sistema denominado “Android
1.8.9”, el cual fue descargado directamente de la página oficial de Arduino sin
tener que cancelar ninguna licencia por el uso del mencionado sistema. En la
siguiente gráfica 21 presenta la pantalla de inicio de Arduino:
Gráfica 21. Pantalla de inicio de Arduino
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
Instalación de Arduino
Una vez que se ha descargado el sistema de la web oficial de Arduino se procede
con la instalación de este en el computador donde se va a desarrollar el código
fuente de la propuesta. Antes de iniciar a desarrollar el sistema se debe configurar
el tipo de placa que se va a utilizar. Dependiendo de la placa que se va a
programar se debe agregar las librerías de software necesarias para utilizar los
componentes correspondientes.
56
NODE MCU - ESP32
La tarjeta Node MCU ESP32 es una placa de desarrollo que permite realizar
proyectos de manera muy rápida que ofrece conectividad a través de wifi y
bluetooth ya que posee un potente procesador de doble núcleo Tensilica Xtensa
LX6. En la siguiente Gráfica 22 presenta el NodoMcu ESP32.
Gráfica 22. NodeMcu ESP32
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
Según la página oficial de la empresa desarrolladora de la placa, algunas de las
características técnicas de la placa son:
Voltaje de Alimentación (USB): 5V DC
Voltaje de Entradas/Salidas: 3.3V DC
SoC: ESP32
CPU principal: Tensilica Xtensa 32-bit LX6
57
Frecuencia de Reloj: hasta 240Mhz
Desempeño: Hasta 600 DMIPS
Procesador secundario: Permite hacer operaciones básicas en modo de
ultra bajo consumo
Wifi: 802.11 b/g/n/e/i (802.11n @ 2.4 GHz hasta 150 Mbit/s)
Bluetooth: v4.2 BR/EDR and Bluetooth Low Energy (BLE)
Xtensa® Dual-Core 32-bit LX6 microprocessors, up to 600 DMIPS
Memoria:
448 KByte ROM.
520 KByte SRAM
16 KByte SRAM in RTC
QSPI Flash/SRAM, 4 Mbytes
Pines Digitales GPIO: 24 (Algunos pines solo como entrada)
Conversor Analógico Digital: Dos ADC de 12bits tipo SAR, soporta
mediciones en hasta 18 canales, algunos pines soportan un amplificador
con ganancia programable
UART: 2
Chip USB-Serial: CP2102
Antena en PCB
Seguridad:
o Estándares IEEE 802.11 incluyendo WFA, WPA/WPA2 and WAPI
o 1024-bit OTP, up to 768-bit for customers
o Aceleración criptográfica por hardware: AES, HASH (SHA-2),
RSA, ECC, RNG
58
La tarjeta NodeMCU está diseñada especialmente para trabajar en un protoboard,
posee un regulador de voltaje en placa que le permite alimentarse directamente
del puerto USB, además que los pines de entradas/salidas trabajan a 3.3V y el
chip CP2102 se encarga de la comunicación USB-Serial. Actualmente cuenta con
gran variedad de software, lenguajes de programación, frameworks, librerias,
códigos, y otros recursos. Los más comunes a elegir son: Esp-idf (Espressif IoT
Development Framework) desarrollado por el fabricante del chip, Arduino (en
lenguaje C++), Simba Embedded Programming Platform (en lenguaje Python),
RTOS's (como Zephyr Project, Mongoose OS, NuttX RTOS), MicroPython, LUA,
Javascript (Espruino, Duktape, Mongoose JS), Basic (NayLamp, 2019).
Para utilizar la placa ESP32 se debe instalar los componentes y librerías en el
entorno de desarrollo de Arduino. Inicialmente se debe instalar en la máquina de
desarrollo el lenguaje de programación Python 2.7 para Windows.
Adicionalmente, se debe descargar el código emulador de Arduino para el ESP32
para lo cual se debe utilizar el entorno gráfico de GIT, que es es un software de
control de versiones diseñado por Linus Torvalds.
En la siguiente Gráfica 23 presenta el Sistema de control de versiones:
Gráfica 23. Sistema de control de versiones
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
59
Posteriormente a la instalación, la nueva tarjeta de desarrollo estará disponible en
el IDE de Arduino para poder utilizarla en el desarrollo de la aplicación planteada.
En el siguiente Gráfico 24 presenta la compatibilidad de la placa ESP32 con el IDE
de Arduino:
Gráfica 24. Administración de placa ESP32
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
60
Una vez instalado el software necesario, se realizó la conexión de los
componentes de hardware a la mencionada placa, con la observación de que este
elemento soporta mayor cantidad de entradas analógicas en su configuración y,
además, establece la comunicación inalámbrica a través de Wifi, lo cual le da
mayor ventaja sobre sus predecesoras. Se debe considerar que los pines de
entrada – salida trabajan a un voltaje de 3.3 V por lo cual se debe establecer
medidas de protección para no superar dicho voltaje.
En la siguiente Gráfica 25 presenta la disposición de los pines de la placa:
Gráfica 25. Disposición de pines en placa ESP32
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
El diseño final de la propuesta de titulación se presenta en el diseño de la
siguiente Gráfica 26:
61
Gráfica 26. Diseño de propuesta con placa ESP32
X
5V
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
62
ALGORITMO:
Gráfica 27. Diagrama de flujo de datos
Inicializar variables I/O
Obtener lectura sensor MQ135
¿Lectura sobrepasa límite
configurado?
Iniciar Conexión WiFi
Enciende dispositivo de mitigación
SI
NO
Obtener lectura sensor MQ7
Obtener posición geográfica
NO
¿Ocurrió error?SI
¿Ocurrió error?SI
Transmitir datos
Almacenar datos
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: datos de la investigación
63
La Grafica anterior representa los pasos generales de las acciones que han sido
programados en la placa para obtener, procesar, transmitir y almacenar los datos
obtenidos a través de los sensores y el dispositivo GPS.
ESTRUCTURA DEL SOFTWARE ARDUINO
Un sistema para ejecutarse en la placa Arduino tiene una estructura general que
consta de 3 bloques principalmente:
1. La inclusión de librerías y declaración de variables y constantes
2. La inicialización de las variables y determinación de los pines de la placa
que servirán como entrada o salida de datos.
3. Cuerpo del programa: Porción de código que se ejecutará repetitivamente
mientras el dispositivo cuente con alimentación eléctrica.
En la siguiente Grafica 28 presenta un esquema de bloques acerca de la
estructura de un programa cualquiera desarrollado para ejecutarse en una placa
Arduino.
Gráfica 28. Estructura del programa Arduino
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
64
XAMPP
Es un paquete de software libre, que consiste principalmente en el sistema de
gestión de bases de datos MySQL, el servidor web Apache y los intérpretes para
lenguajes de script PHP y Perl se ejecuta independientemente del sistema
operativo sobre el cual se instale.
Es uno de los softwares libres más populares del mundo, por cuanto es utilizado
por muchos sistemas web, ya que integra una base de datos MySql, el servidor
web Apache y los intérpretes para lenguajes de script: PHP y Perl.
En la siguiente Grafica 29 presenta el logo de Xampp
Gráfica 29. Logotipo de Xampp
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Instalación De Xampp
Para instalar la última versión de la plataforma se debe descargar del sitio oficial
de la plataforma donde se podrá seleccionar el sistema operativo en la cual se va
a instalar.
Para el desarrollo del proyecto se descargó e instaló la versión 7.1.30 para
Windows, tal como se muestra en el siguiente Grafico 30:
65
Gráfica 30. Versiones de Xampp para Windows
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
La instalación de Xampp en la plataforma Windows sigue el mismo formato que
cualquier otro sistema y es muy intuitivo en el transcurso de los pasos que se debe
seguir para la mencionada instalación. Los pasos básicos que se debe realizar
constan en la siguiente Grafica 31:
Gráfica 31. Versiones de Xampp para Windows
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En la siguiente Grafica 32 seleccionamos los componentes de software que se
van a instalar en el computador.
66
Gráfica 32. Componentes a instalar
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Posteriormente, se debe seleccionar la ruta donde se almacenará todos los
archivos de la plataforma. Habitualmente, por defecto, el sistema se instala en la
carpeta Xampp dentro del disco C, como lo muestra en el siguiente Grafico 33:
Gráfica 33. Ruta de almacenamiento
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
67
Finalmente, una vez que el instalador ha culminado el proceso se inicia la interfaz
gráfica donde se presenta los servicios instalados y los botones para iniciar y
detener dichos procesos, tal como lo muestra en el siguiente Grafico 34:
Gráfica 34. Panel de control de XAMPP
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
BASE DE DATOS PARA LA INFORMACIÓN
Se desarrolló una base de datos en el servidor MySql con la finalidad de almacenar
la información generada por el dispositivo para su posterior consulta a través del
sitio web desarrollado. El sitio web permitirá el acceso a la información estadística
a través de la asignación de un usuario y contraseña correspondiente.
Dependiendo de las políticas de la institución que implemente el proyecto, se
puede disponer de la consulta en el sitio web de manera libre, sin tener que asignar
usuarios y contraseñas a los visitantes del sitio
El siguiente modelo corresponde a la estructura de la base de datos creada que
se presenta en las siguiente Grafica 35 y Grafica 36.
68
Gráfica 35. Modelo de base de datos
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En la Gráfica 36 se muestra la base de datos y sus campos incluidos los datos:
Gráfica 36. Datos almacenados
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
69
SERVIDOR WEB
Se ha desarrollado un servidor web al cual que tiene como objetivo recibir los datos
que son enviados desde la placa programable y proceder con su almacenamiento
en la base de datos. El servidor está desarrollado en lenguaje de programación
PHP por ser de fácil uso y la gran cantidad de información disponible en la red por
la comunidad de desarrolladores por ser uno de los líderes en cuanto a software
libre se refiere.
VISOR DE INFORMACIÓN
Para la presentación de los datos obtenidos a través de los sensores y
almacenados en la base de datos, se ha desarrollado una plataforma web que
permite mostrar a través de gráficos estadísticos la evolución de los valores
obtenidos en el estudio. este módulo se ha desarrollado a través de herramientas
de gráficos en PHP para presentar de mejor manera la información al usuario.
A continuación, se describen los elementos que componen el sistema web
desarrollado como parte de la investigación. La aplicación web presenta una
interfaz para que el usuario pueda iniciar sesión en la aplicación. La persona
autorizada deberá ingresar su usuario y contraseña correspondiente.
En la siguiente Gráfica 37 presenta la interfaz de inicio de sesión:
Gráfica 37. Inicio de sesión
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
70
Una vez que el usuario inicia sesión correctamente, la aplicación presenta la
página principal, tal como se muestra a continuación en la siguiente Gráfica 38.
Gráfica 38. Pantalla principal
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Una vez que el usuario pueda visualizar la pantalla principal, en la parte lateral
izquierda se presentan las opciones del sistema, agrupadas en dos módulos, de
acceso y reportes, tal como se muestra en la siguiente Gráfica 39:
Gráfica 39. Pantalla principal
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
71
Cuando se seleccione la opción “usuarios” del módulo accesos, se presentará el
listado de usuarios registrados actualmente y, además, permitirá registrar más
usuarios para que puedan tener acceso al sistema.
En la siguiente Gráfica 40 presenta la administración de usuarios:
Gráfica 40. Administración de usuarios
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación
REPORTES
Se han desarrollado cuatro reportes completamente visuales que presentan la
información recopilada por los sensores y almacenadas en la base de datos del
sistema, con la finalidad que los usuarios puedan ver la evolución por cada uno
de los gases cuyas medidas se obtuvieron.
Los resultados del Dióxido de carbono se los visualiza en la Gráfica 41:
72
Gráfica 41. Reporte de CO2
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Los resultados del monóxido de carbono se los visualiza en la Gráfica 42:
Gráfica 42. Reporte de CO
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
73
Resultados promedio del día se muestra en la Gráfica 43:
Gráfica 43. Promedio diario de CO2
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
A través de las Gráficas mostradas se puede verificar la evolución de la presencia
de los gases medidos y los usuarios podrán tomar las decisiones que se considere
pertinentes.
ENTREGABLES DEL PROYECTO
Para considerar que el proyecto de titulación se encuentra completamente
terminado, se debe presentar los siguientes productos.
Informe de proyecto (Capítulos)
Sensor de captación de gases (monóxido de carbono y calidad del aire) en
base al dispositivo ESP32 en funcionamiento.
Sistema de captura, transmisión y almacenamiento de información
ambiental.
Interfaz de visualización de información ambiental recopilada.
CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA
Para validar que el sistema construido cumple con las características planteadas
al inicio del proceso se verificó, a través de la metodología de prueba denominada
caja negra, que la siguiente funcionalidad mínima se cumpla:
74
a) Que los sensores de calidad del aire y de monóxido de carbono obtengan
la información del ambiente.
b) Que al momento en que el sensor de calidad de aire obtenga valores por
encima del valor referencial configurado en el sistema, se encienda un
dispositivo eléctrico como medida de contingencia y simular acciones
concretas ante lecturas por encima del valor máximo.
c) Que la placa ESP32 transmita a través de WiFi los datos obtenidos por los
sensores hacia el servidor web de aplicaciones.
d) Que el servidor de aplicaciones envíe al servidor de base de datos la
información proporcionada por la placa ESP32.
e) Que se almacene correctamente en la base de datos la información
receptada.
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS
Técnicas para el Procesamiento y Análisis de Datos
Para la obtención de los datos ambientales se realizaron una serie de pruebas con
el dispositivo en funcionamiento en diferentes sectores de la ciudad; en el cerro
de Mapasingue, la carrera de Ingeniería en Networking y telecomunicaciones, y a
las afueras del Municipio de Guayaquil, a través de lo cual se logró registrar las
lecturas de la presencia de monóxido de carbono y dióxido de carbono en el
ambiente, después de lo cual se presenta los siguientes resultados en la Gráfica
44:
75
Gráfica 44. Resultados de las mediciones
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Como se puede observar, la gráfica presenta los valores de los datos obtenidos
durante el proceso de pruebas y, se puede identificar que existen picos en las
mediciones, en la cual se realizó la recepción de datos ambientales en los lugares
mencionados con anterioridad.
La presencia de mayores niveles de CO2 en el ambiente se debe a la emisión de
gases de los vehículos que transitan por el lugar que emanan contaminantes al
ambiente, que son detectados por los sensores.
Adicionalmente, se presentan las lecturas obtenidas que corresponden a la
medida de monóxido de carbono en PPM (partes por millón) durante el proceso
de investigación, el cual lo presenta la siguiente Gráfica 45:
76
Gráfica 45. Resultados de las mediciones
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Como se puede apreciar, durante la medición realizada; en el cerro de
Mapasingue, la carrera de Ingeniería en Networking y telecomunicaciones, y a las
afueras del Municipio de Guayaquil se presenta picos de valores altos en la
medición de monóxido de carbono durante dicha prueba. Los valores de monóxido
de carbono varían, de acuerdo a la cantidad de automóviles y otros elementos que
libera dicho gas en el aire. Además, como parte del proceso de análisis, se ha
desarrollado dos reportes adicionales que presentan a los usuarios registrados el
valor promedio captado de manera diaria en el lugar de concentración.
La siguiente Gráfica 46 y Gráfica 47 presentan los resultados mencionados:
Gráfica 46. Promedio por día – CO2
77
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Gráfica 47. Promedio por día – CO
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Los niveles de dióxido y monóxido de carbono presentes en el ambiente durante
el proceso de recopilación de información, se encuentra dentro de los niveles
aceptables que presentan las páginas oficiales que llevan la estadística de los
gases contaminantes presentes en la atmosfera a nivel mundial.
Es así que el Ministerio de trabajo y asuntos sociales de España en su estudio
(NTP 549: El dióxido de carbono en la evaluación de la calidad del aire) menciona
que el dióxido de carbono se encuentra habitualmente a niveles entre 300 y 400
ppm, pudiendo alcanzar en zonas urbanas valores de hasta 550 ppm. Sin
embargo, según el estudio, en ambientes cerrados no industriales pueden
alcanzar valores entre 2000 y 3000 ppm.
Así también, la página CO2.earth que contiene datos estadísticos de la presencia
de CO2 a nivel mundial, menciona que la presencia de este gas en la atmosfera
es, aproximadamente de 411.77 ppm. Se debe considerar, adicionalmente que,
78
con el transcurso del funcionamiento de los sensores, estos obtendrán datos más
precisos.
En la siguiente Gráfica 48, se presenta la página web que se utilizó como
referencia para el análisis de los resultados obtenidos:
Gráfica 48. Promedio de CO2 a nivel mundial
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
INTERFAZ WEB
Para la presentación de los datos obtenidos a través de los sensores y placa
programable, se desarrolló un pequeño sistema web que tiene como finalidad
proporcionar el acceso a los usuarios autorizados y mostrar los resultados
obtenidos.
Esta aplicación garantiza el acceso adecuado a la información y debe cumplir con
las siguientes características que se detallas en el Cuadro 12:
Cuadro 12. Resultados de las pruebas de caja negra
TRANSACCIÓN PRUEBA RESULTADO
79
Inicio de Sesión Ingreso al sistema a través del ingreso de usuario y contraseña asignado. Se verifica que se validen los datos con los registrados en la base de datos
100%
Creación de usuarios
Se verifica que la información de los nuevos usuarios se realice de manera exitosa.
100%
Generación de reporte de medición de CO2
Se genera un gráfico que muestra las mediciones de CO2 obtenidas
100%
Generación de reporte de medición de CO
Se genera un gráfico que muestra las mediciones de CO obtenidas
100%
Generación de reporte de promedio de CO2
Se genera un gráfico que muestra los promedios diarios de las mediciones de CO2 obtenidas
100%
Generación de reporte de promedio de CO
Se genera un gráfico que muestra los promedios diarios de las mediciones de CO obtenidas
100%
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Adicionalmente a lo anterior, durante el proceso de investigación se realizó una
encuesta a personas elegidas al azar en el centro de Guayaquil, en la cual se le
presentó un formulario de preguntas para conocer sus opiniones acerca del tema
de titulación propuesto.
A continuación, se presentan los resultados de dicha encuesta.
Pregunta 1: ¿Considera usted que la contaminación del aire en el cantón
Guayaquil ha llegado a niveles alarmantes?
Cuadro 13. Resultados de la pregunta 1
fi Fi Ni Ni
Totalmente de acuerdo 12 12 19% 19%
80
De acuerdo 18 30 28% 47%
No opine 3 33 5% 52%
En desacuerdo 15 48 23% 75%
Total Desacuerdo 16 64 25% 100%
TOTAL 64 1
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 1:
Cuadro 14. Resultados de la pregunta 1
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
El resultado de esta interrogante nos indica que no existe una completa mayoría
de encuestados que opinen que la contaminación en la ciudad de Guayaquil ya
que, a pesar de que un 47% de los encuestados lo expresa de esa forma, una
mayoritaria cantidad de personas considera que en la ciudad aún no se llega a los
mencionados niveles de contaminación.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Totalmentede acuerdo
De acuerdo No opina Endesacuerdo
TotalDesacuerdo
19%
28%
5%
23% 25%
Series1 Series2 Series3
81
Esto se puede considerar como una señal de que aún no existe la percepción por
parte de la ciudadanía sobre una contaminación mayor en la ciudad.
Pregunta 2: Tienes usted conocimiento sobre si en la ciudad de Guayaquil exista
algún mecanismo de captación de datos medio ambientales que permitan conocer
la calidad del aire
Cuadro 15. Resultados de la pregunta 2
Fi Fi Ni Ni
Totalmente de acuerdo 5 5 8% 8%
De acuerdo 3 8 5% 13%
No opina 1 9 2% 14%
En desacuerdo 25 34 39% 53%
Total Desacuerdo 30 64 47% 100%
TOTAL 64 1
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 2:
Cuadro 16. Resultados de la pregunta 2
82
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Una gran mayoría de encuestados, en un 86% de los participantes, mencionan no
conocer acerca de la existencia en la ciudad de dispositivos o sistemas de
medición de calidad del aire o los mecanismos que utilizan las autoridades de la
ciudad para mantener los niveles de contaminación en niveles que no sean
considerados como peligrosos para la ciudadanía.
Pregunta 3: Considera usted que es importante conocer los niveles de
contaminación por monóxido y dióxido de carbono que tiene la ciudad.
Cuadro 17. Resultados de la pregunta 3
Fi Fi Ni Ni
Totalmente de acuerdo 28 64 44% 6%
De acuerdo 17 36 27% 17%
No opine 8 19 13% 30%
En desacuerdo 7 11 11% 56%
8% 5% 2%
39%47%
Series1 Series2 Series3
83
Total Desacuerdo 4 4 6% 100%
TOTAL 64 100%
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 3:
Cuadro 18. Resultados de la pregunta 3
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
6%
11%13%
27%
44%
Series1 Series2 Series3
84
La gran mayoría de encuestados resaltan la importancia de contar en la ciudad de
Guayaquil con sistemas que permitan conocer acerca de los niveles de
contaminación del aire en los diferentes sectores de la ciudad ya que aquello
permitirá monitorear constantemente la calidad del aire y, en caso de ser
necesario, que las autoridades tomen las medidas necesarias.
Pregunta 4: Considera usted que el conocimiento de los niveles de contaminación
en el cantón permitirá a los ciudadanos a tomar medidas de mitigación adecuadas.
Cuadro 19. Resultados de la pregunta 4
Fi Fi ni Ni
Totalmente de acuerdo 27 27 42% 42%
De acuerdo 16 43 25% 67%
No opine 5 48 8% 75%
En desacuerdo 7 55 11% 86%
Total Desacuerdo 9 64 14% 100%
TOTAL 64 100%
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 4:
Cuadro 20. Resultados de la pregunta 4
85
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
La gran mayoría de los encuestados refiere que en el caso de que el conocimiento
de los niveles de contaminación en la ciudad puede ayudar a la ciudadanía a tomar
diversas medidas de mitigación de los riesgos de la contaminación que pudiera
estarse presentando en el cantón.
Pregunta 5: ¿Cree usted que conocer los niveles de contaminación por monóxido
y dióxido de carbono beneficiará a los administradores de la ciudad para tomar
decisiones adecuadas?
Cuadro 21. Resultados de la pregunta 5
fi Fi Ni Ni
Totalmente de acuerdo 32 32 50% 50%
De acuerdo 19 51 30% 80%
No opina 5 56 8% 88%
En desacuerdo 5 61 8% 95%
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Totalmentede acuerdo
De acuerdo No opina Endesacuerdo
TotalDesacuerdo
42%
25%
8%11%
14%
86
Total Desacuerdo 3 64 5% 100%
TOTAL 64 100%
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 5:
Cuadro 22. Resultados de la pregunta 5
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Totalmentede acuerdo
De acuerdo No opina Endesacuerdo
TotalDesacuerdo
50%
30%
8% 8%5%
87
El 80% de las personas encuestadas mencionaron que las autoridades de la
ciudad podrán tomar decisiones acertadas una vez que tengan el conocimiento
acerca de los niveles de presencia de contaminantes en el aire, por lo cual el
sistema presentado en la propuesta de titulación sería de gran ayuda para la
ciudad.
Pregunta 6: Si existiera una herramienta web para que usted conozca los
resultados de las mediciones del nivel de contaminación en Guayaquil, utilizaría
dicho servicio.
Cuadro 23. Resultados de la pregunta 6
fi Fi ni Ni
Totalmente de acuerdo 29 29 45% 45%
De acuerdo 28 57 44% 89%
No opina 2 59 3% 92%
En desacuerdo 3 62 5% 97%
Total Desacuerdo 2 64 3% 100%
TOTAL 64 100%
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 6:
Cuadro 24. Resultados de la pregunta 6
88
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En un total de 89% de los encuestados refieren que estarían de acuerdo en utilizar
una herramienta web que les permita conocer acerca de los niveles de
contaminación detectadas en la ciudad de Guayaquil. Esto permite identificar la
importancia que este tema tiene para los habitantes del cantón y que el sistema
tendría un respaldo mayoritario
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Totalmente deacuerdo
De acuerdo No opina En desacuerdo TotalDesacuerdo
45%44%
3%5%
3%
89
CAPÍTULO IV
Una vez que se ha finalizado el desarrollo del sistema y con el objetivo de
determinar que el funcionamiento se encuentra acorde a las necesidades
planteadas al inicio de la investigación, se han realizado una serie de pruebas de
cada uno de los componentes.
En el siguiente Cuadro 25 se definen cinco aspectos fundamentales para la
aceptación del producto:
Cuadro 25. Criterios de aceptación del producto
ASPECTO CRITERIO
Funcionalidad Se evalúa que el sistema desarrollado, tanto en la parte de Hardware como de software cumpla con las funcionalidades determinadas en los alcances del proyecto.
Usabilidad El sistema de recolección de datos y la interfaz web para la visualización de reportes permiten una interacción intuitiva.
Eficiencia El sistema realiza la recolección de datos de calidad del aire de manera eficiente, sin consumir grandes cantidades de recursos informáticos ni económicos.
Facilidad de Mantenimiento
El sistema se encuentra estructurado de manera ordenada y los cambios propuestos en el futuro pueden ser desarrollados sin mayor impacto.
Confiabilidad El sistema almacena la información de manera adecuada.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
INFORME DE ACEPTACIÓN Y APROBACIÓN PARA PRODUCTOS
Cuadro 26. Criterios de aceptación - Funcionalidad
FUNCIONALIDAD CRITERIO
Adecuación Las funciones desarrolladas en el sistema de recopilación, transmisión y almacenamiento de datos de calidad del
90
aire cumplen con las características definidas en el alcance del proyecto.
Seguridad El acceso al sistema web se encuentra acorde con el inicio de sesión de cada uno de los usuarios que se requiera crear en la aplicación.
Exactitud La información registrada en el sistema mantiene la exactitud con la cual fue registrada.
Conformidad Se presenta la información que fue obtenida por los sensores de calidad de aire y monóxido de carbono en el campo de pruebas.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Cuadro 27. Criterios de aceptación - usabilidad
USABILIDAD CRITERIO
Aprendizaje El sistema desarrollado es de fácil aprendizaje por parte de los usuarios y muy sencillo de utilizar.
Entendimiento Los componentes utilizados en el hardware, así como las funciones del software son de fácil entendimiento de cualquier usuario con un nivel adecuado de conocimientos en informática.
Atracción La interfaz de usuario que fue desarrollada utilizando gráficos estadísticos, ayuda a mantener la atención del usuario.
Operatividad Las operaciones del sistema de recopilación y administración de la información medio ambiental se realizan de manera correcta.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
91
Cuadro 28. Criterios de aceptación – eficiencia
EFICIENCIA CRITERIO
Tiempo El sistema de recopilación de información cumple con los tiempos establecidos en la programación correspondiente.
Recursos El sistema de sensores no consume mayores recursos tecnológicos y, además, el sistema web se puede alojar en algún servidor de aplicaciones sin consumir recursos informáticos exagerados.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Cuadro 29. Criterios de aceptación – facilidad de mantenimiento
FACILIDAD DE MANTENIMIENTO
CRITERIO
Estabilidad El sistema web desarrollado cumple las funcionalidades establecidas durante la investigación y los resultados presentados están acorde a su registro.
Facilidad de Cambios El cambio de componentes o aumento en la funcionalidad del sistema se puede realizar de manera rápida.
Facilidad de Pruebas Los usuarios del sistema pueden comprobar de manera ágil la funcionalidad del software y hardware a través del análisis de la información recopilada.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
92
Cuadro 30. Criterios de aceptación – confiabilidad
CONFIABILIDAD CRITERIO
Tolerancia a Errores El sistema programado en la placa ESP32 realiza los reintentos correspondientes en el caso de que se presenten errores en la obtención de datos o transmisión de estos durante un tiempo prudencial, antes de seguir obteniendo valores.
Madurez Se realizaron pruebas durante el desarrollo de la investigación, lo que permite garantizar que se han corregido todos los posibles errores que pudiera tener el sistema.
Facilidad de Recuperación
En caso de un fallo, el tiempo de recuperación del hardware es corto.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Teniendo en consideración la información presentada en los cuadros anteriores,
se realizó la validación de cada uno de los componentes del sistema, poniendo el
mismo en funcionamiento y validando que los resultados almacenados se
encuentren acorde con los datos captados por los sensores. De esto se deriva el
siguiente cuadro que contiene el informe del aseguramiento de la calidad del
producto desarrollado.
INFORME DE ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD PARA PRODUCTOS.
Cuadro 31.Verificación del sistema – Módulo Acceso
93
N° Funcionalidad Resultado
1 Presentar una lista de los usuarios del sistema.
Se listan los usuarios adecuadamente.
2 Registrar un nuevo usuario Se registra un nuevo usuario del sistema.
3 Editar usuario registrado. Permite editar los datos que se ingresó previamente del usuario.
4 Agregar imagen de usuario Permite agregar una imagen de un usuario del sistema.
5 Modificar la imagen del usuario.
Permite modificar la imagen cargada en el sistema.
6 Iniciar sesión Permite al usuario registrado previamente iniciar la sesión de acuerdo con su perfil asignado.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
94
Cuadro 32. Verificación del sistema – Recopilación de información
N° Funcionalidad Resultado
1 Recopilación de valor numérico correspondiente a la calidad del aire y conversión a PPM de CO2, acorde a los niveles de exposición
La medición de calidad del aire, a través del sensor MQ135 se realiza de manera correcta y se transforma a PPM.
2 Recopilación de valor numérico correspondiente a la presencia de monóxido de carbono y conversión a PPM de CO, acorde a los niveles de exposición
La medición de calidad del aire, a través del sensor MQ7 se realiza de manera correcta y se transforma a PPM.
3 Transmisión de información recopilada a través de módulo WiFi.
La placa programable envía los datos recopilados a través del módulo Wifi.
4 Recepción de información en el servidor de aplicaciones y almacenamiento en la base de datos.
El servidor de aplicaciones recepta la información enviada por la placa programable y la almacena en la base de datos del sistema.
5 Presentación de informe de evolución la presencia de CO2 en el ambiente
El sistema web presenta la gráfica de evolución de las mediciones de CO2 almacenadas.
6 Presentación de informe de evolución la presencia de CO en el ambiente
El sistema web presenta la gráfica de evolución de las mediciones de CO almacenadas en la base de datos.
7 Presentación de informe de promedios diarios acerca de la presencia de CO2 en el ambiente
El sistema web presenta la gráfica de promedios diarios de las mediciones de CO2 almacenadas.
8 Presentación de informe de evolución la presencia de CO en el ambiente
El sistema web presenta la gráfica de promedios diarios de las mediciones de CO almacenadas.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
95
CONCLUSIONES
Al finalizar el proyecto de titulación se puede concluir que:
Se determinó que la presencia de Monóxido y Dióxido de carbono en el
ambiente es perjudicial para la salud de las personas según indica la
Organización Mundial de la Salud por lo cual, se realizó la toma de
muestras de la presencia de dichos gases en el ambiente en los siguientes
lugares: en el cerro de Mapasingue, la carrera de Ingeniería en Networking
y telecomunicaciones, y a las afueras del Municipio de Guayaquil
obteniendo los valores considerados normales, altos o peligrosos de
exposición.
Se realizó el diseño de hardware utilizando la placa programable ESP32 y
se desarrolló el código fuente necesario que permite obtener la medición
de “calidad del aire” y “monóxido de carbono” en el ambiente, convertirlos
a unidades de partes por millón (PPM) y almacenarlos en la base de datos,
en donde permite la conexión con el servidor web instalados en una
máquina física.
Se desarrolló una interfaz web amigable que permite visualizar de manera
gráfica la evolución de las mediciones de CO y CO2 captadas a través del
sistema y que los resultados puedan observarse en tiempo real.
La propuesta para desarrollar un sistema de captación de parámetros
ambientales a través de sensores y placas programables de hardware y
software libre de bajo costo es una alternativa viable para la ciudad de
Guayaquil, ya que permitirá mantener actualizados los datos estadísticos
acerca de la presencia de los diferentes gases contaminantes en los
diferentes sectores de la ciudad o en los lugares donde se lo requiera
Según las muestras tomadas en los lugares mencionados en la primera
conclusión se observan niveles de Dióxido de carbono de entre 400 – 550
ppm y Monóxido de carbono de entre 20 - 30 ppm respectivamente de
concentración en el aire, tomando en cuenta las tablas de niveles
96
permisivos de estos gases, permanecer más de 8 horas diarias podría
tener consecuencias a largo plazo en la salud de las personas. En el anexo
7 podemos observar una tabla del promedio diario y los lugares en donde
se tomaron las muestras.
97
RECOMENDACIONES
Una vez concluida la investigación se presentan las siguientes recomendaciones:
Realizar más estudios acerca de las diferentes placas programables
que existe en el mercado y módulos adicionales con la finalidad de
descubrir nuevas aplicaciones que aporten significativamente en el
desarrollo de la comunidad.
Antes de utilizar los elementos electrónicos descritos, deberá realizar
la investigación en cuanto a los niveles de alimentación eléctrica para
evitar el daño de los dispositivos utilizados.
Presentar a las autoridades competentes la aplicación propuesta con
la finalidad de evaluar la posibilidad de desarrollarlo para la ciudad.
Agregar otros tipos de sensores a la propuesta que permitan captar
una mayor cantidad de gases y tener una cantidad de información
mayor para la mejor toma de decisiones.
Es recomendable que los sensores tengan un precalentamiento de 24
a 48 horas dependiendo del sensor que se utilice para que cualquier
tipo de humedad e impurezas desaparezcan y nos proporcione datos
fiables.
98
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AEMET. (2018). Agencia Estatal de Meteorología. Obtenido de
https://meteoglosario.aemet.es/es/termino/381_pm10
Aguiñaga, M. (2011). Norma de Calidad de Aire. Obtenido de Norma de Calidad
de Aire: http://extwprlegs1.fao.org/docs/pdf/ecu112183.pdf
Alcántara, D. A. (2014). Topografia y sus aplicaciones. Mexico: Continental .
Alegsa, L. (23 de junio de 2016). Alegsa.com.ar. Obtenido de
http://www.alegsa.com.ar/Dic/gui.php
Anamika, S., Harshila, J., & Jagtap, D. (s.f.). System Engineering to deploy
Albatross like Envirobat. Obtenido de
https://www.irjet.net/archives/V3/i3/IRJET-V3I3232.pdf
Arduino. (01 de 07 de 2019). Arduino. Obtenido de https://www.arduino.cc
Arias, Á. (2014). Base de datos con MySQL.
Arias, M. Á. (2017). Aprende Programación Web con PHP y MySQL. IT Campus
Academy.
Artero, Ó. T. (s.f.). Arduino Curso Práctico de Formación. México: Alfaomega.
Berenguer, J., & Bernal, F. (s.f.). NTP 549: El dióxido de carbono en la
evaluación de la calidad del aire. Ministerio de trabajo y asuntos sociales
de España.
Castañeda, L. F. (2016). Sistema de monitoreo de temperatura, humedad y gas
para generar alertasde un ambiente no adecuadoen los jardines
infantiles. Bogota - Colombia.
Castiblanco, C., & Cañon, N. (2019). Prototipo de bajo costo para monitoreo de
calidad del aire e ambientes interiores. Germina, 3.
CEMCAQ. (2019). Centro de Monitoreo de calidad del Aire del Estado de
Querétaro. Obtenido de http://www.cemcaq.mx/contaminacion/bioxido-de-
carbono-co2
Cevallos, O. (2013). Implementación de sistema de monitoreo de gases
contaminantes que afectan a la ciudad de Esmeraldas. Esmeraldas -
Ecuador.
Chiarena, M. (2017). Electrónica. Obtenido de Electrónica:
https://sites.google.com/site/electronica4bys/componentes-electronicos-
basicos
99
Cobo, Á., Gómez, P., Péres, D., & Rocha, R. (2005). PHP y MYSQL Tecnologías
para el desarrollo de aplicaciones web. España.
Coral Quinto, M. (2018). Diseño e implementación de una base de datos
mediante el usode Web Services con integración de unityed para apoyo
de aplicaciones lúdicas en la materia de fundamentos de programación.
Obtenido de
http://repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/36403/1/TESIS%20-
%20DISE%c3%91O%20E%20IMPLEMENTACI%c3%93N%20DE%20BA
SE%20DE%20DATOS%20MEDIANTE%20EL%20USO%20DE%20WEB
%20SERVICES%20CON%20INTEGRACI%c3%93N%20DE%20UNITY3
D%20PARA%20APOYO%20DE~1.pdf
Díaz, V. (2015). Indice quiteño de la calidad del aireen Quito. Quito - Ecuador.
Dra. Isabel Amable Álvarez, L. J. (2017). Influencia de los contaminantes
atmosféricos sobre la salud. Revista Médica Electrónica, 39, 12. Obtenido
de
http://www.revmedicaelectronica.sld.cu/index.php/rme/article/view/2470/3
610
Ecuador, C. d. (2008). Constitución de la Republica del Ecuuador. Obtenido de
Constitución de la Republica del Ecuuador: http://www.lexis.com.ec/wp-
content/uploads/2017/09/LI-CONSTITUCION-DE-LA-REPUBLICA-DEL-
ECUADOR.pdf
Electronics, M. (10 de agosto de 2019). Mouser Electronics. Obtenido de Mouser
Electronics: https://www.mouser.ec/new/espressif/espressif-esp32-soc/
EMOV. (2015). Informe de Calidad del Aire Cuenca. Cuenca.
Empresa Pública de Movilidad, Tránsito y Transporte. (2015). Informe deCalidad
del Aire Cuenca. Cuenca.
Espin, G. (Enero de 2016). Plataforma de sensores móviles, para medir la
contaminación en un entorno urbano. Cataluña.
Expreso. (7 de Julio de 2018). EXPRESO.EC. Guayaquil. Obtenido de
https://www.expreso.ec/guayaquil/calidad-aire-ambiente-municipal-
monitoreo-CE2262712
Geoambiental. (2013). Geoambiental. Obtenido de Geoambiental:
https://www.saludgeoambiental.org/dioxido-carbono-co2
Gutierrez Díaz, A. (2015). Base de Datos. Obtenido de Centro Cultural Itaca SC:
https://www.aiu.edu/cursos/base%20de%20datos/pdf%20leccion%201/le
cci%C3%B3n%201.pdf
100
Hidalgo, S., & Valarezo, C. (2017). Universidad de las Americas. Obtenido de
Universidad de las Americas:
http://dspace.udla.edu.ec/bitstream/33000/8310/1/UDLA-EC-TIRT-2017-
31.pdf
Huércano, F., & Villar, J. (2015). Implementación e integración de elementos
software con tecnologías basadas en componentes. IC Editorial.
Josue, G. M. (2018). PROTOTIPO DE SISTEMA DE MONITOREO DE CO2 EN
EXTERIORES POR MEDIO DE HARDWARE ABIERTO. Guayaquil.
Lanceros-Cuesta, D. G. (2017). Dispositivo electrónico portable para la medición
de la contaminación del aire. Ingenio Magno, 18.
Marciszack, E. C. (2016). Sistema de Monitoreo de la Calidad del Aire Integrado
a loT.
NayLamp, M. (20 de 07 de 2019). NayLand Mechatronics. Obtenido de
https://naylampmechatronics.com/espressif-esp/384-placa-de-desarrollo-
para-esp32-nodemcu-32.html
naylampmechatronics. (25 de julio de 2016). naylampmechatronics. Obtenido de
naylampmechatronics:
https://naylampmechatronics.com/blog/18_Tutorial-M%C3%B3dulo-GPS-
con-Arduino.html
NECA. (2011). Informe de Calidad del Aire de Quito. Quito.
Ochoa, M. (2014). Repositorio Universidad Politécnica Salesiana. Obtenido de
Repositorio Universidad Politécnica Salesiana:
Https://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/7220
OMS. (2 de Mayo de 2018). Organización Mundial de la Salud. Obtenido de
https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-
air-quality-and-health
Paredes, J. (2018). Plataforma Cloud de monitoreo, adquisición, visualización y
predicción de la contaminación del aire basado en modelos de redes
neuronales artificiales. Ambato.
Quishpe, G. (2017). Escuela Polotécnica Nacional. Obtenido de Escuela
Polotécnica Nacional:
https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/17305/1/CD-7799.pdf
Retana, C. M. (24 de agosto de 2018). GeoSalud. Obtenido de
https://www.geosalud.com/ambiente/benceno.htm
Sarzosa, C. (2015). Implementación de un prototipo para el monitoreo de las
condiciones del. Ambato.
101
Talledo, J. (2015). MF0493_3 - Implantación de aplicaciones web en entornos
internet, intranet y extranet. Ediciones Paraninfo, S.A.
Telecomunicaciones. (2015). Ley Orgánica de Telecomunicaciones.
TELEGRAFO, E. (30 de Mayo de 2016). 36,8 toneladas de CO2 se generan
anualmente en Guayaquil. Guayaquil, Guayas, Ecuador.
Yubal, F. (21 de 07 de 2018). https://www.xataka.com/.
102
ANEXOS
ANEXO 1 - MODELO DE ENTREVISTA
103
ANEXO 2 – MODELO DE ENCUESTA
104
ANEXO 3 – HARDWARE EN FUNCIONAMIENTO
105
106
ANEXO 4 – TOMA DE MEDICIONES
107
108
109
ANEXO 5 – DATASHHEET SENSOR MQ-7
110
111
112
ANEXO 6 – DATASHHEET SENSOR MQ-135
113
114
Anexo 7 - Lugares de toma de muestras de los gases CO2 y CO
Lugar Latitud y Longitud Promedio CO
Promedio CO2
Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
-2.190440, -79.882141
20 ppm 350 ppm
115
Municipio de Guayaquil (al rededor)
2.194847, -79.880429
28 ppm 370 ppm
Cerro de Mapasingue -2.155361 -79.939606
18 ppm 290 ppm
Calles Boyacá y Junín -2.189000, -79.883464
22 ppm 400 ppm
Mapasingue oeste -2.154859, -79.935222
25 ppm 376 ppm