Sensor de Agua para su Cuidado

Introducción

En la actualidad, la gestión eficiente de los recursos hídricos representa uno de los desafíos más críticos para la sostenibilidad urbana e industrial. El desarrollo de sistemas de monitoreo basados en el Internet de las Cosas (loT) se ha visto como una solución para resolución del desperdicio de agua causado por fugas. Este artículo presenta el diseño de MVP y la validación de un sistema de bajo costo para el monitoreo de líquido, integrando precisión sensorial con conectividad inalámbrica.

El prototipo desarrollado emplea un microcontrolador de doble núcleo ESP32, cuya estructura permite el procesamiento de señales en tiempo real y la transmisión de datos mediante Wi-Fi y Bluetooth. La toma de datos de proximidad se efectúa mediante un sensor ultrasónico HC-SR04 el cual fue sometido a un análisis de linealidad y estabilidad bajo diferentes pruebas de distancia. Así mismo se describe la implementación de una aplicación móvil personalizada que sirve como interfaz de visualización y control para el usuario.

A través de una metodología experimental basada en el contraste visual y manual, este estudio evalúa el rendimiento del sistema, identificando los puntos críticos de optimización y el rango de linealidad óptima de los 30–35 cm. Los resultados aquí expuestos demuestran que la integración de componentes de bajo presupuesto con algoritmos de filtrado adecuados permite alcanzar niveles de precisión competitivos frente a soluciones industriales, facilitando su implementación en entornos de monitoreo inteligente.

El desarrollo del MVP se estructuró en fases para garantizar la funcionalidad del sistema:

1. Programación y configuración del sensor

• Alimentar el sensor con 5V para asegurar precisión.
• Añadir resistencias de protección:
• 1Ω entre Echo y GPIO.
• 2Ω entre GPIO y GND.
• Configurar el pin Trigger para enviar pulsos de 10 µs.
• Implementar fórmula de cálculo de distancia:

Distancia=

• Añadir filtros de promediado en el código para reducir fluctuaciones.

2. Desarrollo de la aplicación móvil (Hydrosmart)

• Configuración en App Inventor:
• Uso del componente ListPicker para seleccionar el ESP32.
• Implementación del componente Clock con intervalos de 200–500 ms.
• Interfaz gráfica sencilla con mediciones en tiempo real y fondo llamativo.
• Descarga de la aplicación mediante QR generado por App Inventor.
• Sincronización de datos vía Bluetooth/Wi-Fi.

3. Armado del MVP

• Montaje del sensor en el centro del contenedor plástico transparente.
• Fijación con silicón para evitar movimientos.
• Conexión del ESP32 a la fuente de alimentación USB.
• Organización de cables en la caja auxiliar para mayor seguridad.

4. Recolección de datos

• Llenado progresivo del contenedor con agua.
• Registro de distancias verticales entre el sensor y el nivel del agua.
• Comparación de lecturas digitales con mediciones físicas (regla graduada).

5. Prueba piloto del MVP

• Vinculación del hardware con la aplicación Hydrosmart.
• Verificación de sincronización de datos en tiempo real.
• Evaluación de fluctuaciones y estabilidad de señal.
• Documentación en la Bitácora de Calibración y en el Informe de Usabilidad.

6. Pasos adicionales

• Calibración inicial: Establecer valores de referencia en vacío y con niveles conocidos de agua.
• Pruebas de latencia: Medir el tiempo de respuesta entre cambios en el nivel de agua y visualización en la app.
• Validación de conectividad: Comprobar estabilidad de transmisión de datos en diferentes distancias de conexión Wi-Fi/Bluetooth.
• Pruebas de resistencia ambiental: Evaluar desempeño del sensor en condiciones de humedad y temperatura variables.
• Optimización del algoritmo: Ajustar parámetros de filtrado y promediado para reducir el margen de error (<5%).

4.-Análisis de resultados

Se analizarán mediante:

I. Tablas: Se utilizó un cuadro comparativo basado en la técnica de Contraste Visual y Manual, comparando el nivel físico medido con regla graduada frente a la lectura

digital de la aplicación.

FECHA

NÚMERO DE PRUEBAS

DISTANCIA

Resultados

Los resultados muestran que el sensor alcanza su máxima precisión y estabilidad a partir de los 30 cm, con lecturas sin fluctuaciones y validación final en 35 cm. Comparado con otros proyectos similares, el sistema logra un rango óptimo más amplio y una linealidad más consistente que muchos prototipos basados en sensores ultrasónicos básicos.

Comparación

El proyecto con el sensor de distancia en agua muestra un rendimiento superior en comparación con otros desarrollos similares. En el caso del Arduino con HC-SR04 (CIDIT 2020), se logró precisión aceptable en rangos cortos, pero con problemas de ruido y limitaciones en recipientes grandes. El sistema alcanza una estabilidad adecuada a partir de los 30 cm, superando esas limitaciones.

Conclusión

La conclusión que se desprende del funcionamiento del MVP es que el sistema de monitoreo con sensor ultrasónico HC-SR04, integrado al microcontrolador ESP32 y vinculado a la aplicación móvil Hydrosmart, logra un desempeño confiable y estable en la detección de niveles de agua. Las pruebas realizadas muestran que, aunque en distancias cortas se presentan fluctuaciones y ruido por la proximidad del sensor al líquido el punto crítico de optimización se alcanza a partir de los 30 cm, donde las lecturas son completamente estables y precisas, confirmándose la linealidad óptima en los 35 cm. De esta manera poder monitorear en tiempo real el nivel de agua y detectar variaciones de medición ante posibles fugas.

Anexos

Prototipo y diseño propio

ESP32

Sensor Ultrasónico HC-SR04

Referencias bibliográficas

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[embed]IoT en el monitoreo del agua: aplicaciones y tecnologías inalámbricas utilizadas IoT es muy importante en el control y gestión del agua. Permite la recopilación de datos en tiempo real, el monitoreo…www.data-alliance.net

Leonardo Negrete Martínez

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Es alumno de la carrera de la Licenciatura Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica de Pénjamo. Actualmente está realizando su anteproyecto de estadía sobre automatización en los procesos de administración del agua.

Natalia Medrano López

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Diana González Pérez

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Rodrigo Vázquez Arias