TÍTULO: IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE MEDICIÓN Y CONTROL DE MECANISMOS DE RECOLECCIÓN Y REUTILIZACIÓN DE AGUA DE LLUVIA INSTALADOS EN UNA VIVIENDA DE DOS PISOS. Este proyecto de investigación se desarrolló para implementar un sistema de medición y control del mecanismo de recolección y reúso de agua lluvia ubicado en el laboratorio de construcción de la Universidad Pontificia Bolivariana, el cual permitirá investigaciones posteriores cuantificar el ahorro en el consumo en metros cúbicos de agua anual o mensualmente del primario del sistema de suministro, evaluando al mismo tiempo el valor del sistema completo y operativo.
O BJETIVO GENERAL
O BJETIVOS ESPECÍFICOS
S ISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUA LLUVIA
- S ISTEMAS DE RECOLECCIÓN DE AGUA LLUVIA Y SU USO EN EL PAÍS
- S ISTEMAS DE RECOLECCIÓN DE AGUAS LLUVIAS Y SU USO INTERNACIONAL
- C OMPONENTES DE UN SISTEMA DE RECOLECCIÓN DE AGUA LLUVIA
- S ISTEMA DE RECOLECCIÓN DE AGUA LLUVIA LABORATORIO DE CONSTRUCCIONES UPB
- R ED DE DISTRIBUCIÓN
- M ANTENIMIENTO DE LA TUBERÍA
- M ANTENIMIENTO DE BOMBAS ELÉCTRICAS
Estos sistemas de captación y aprovechamiento del agua de lluvia se han implementado en el país. A continuación se muestra el laboratorio de construcción de la UPB y una vista aérea del techo y la zona de captación de agua de lluvia.
M ODELACIÓN HIDRÁULICA DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN
M ETODOLOGÍA DE MODELACIÓN
En la Tabla 4 se muestra la descripción y especificaciones de la bomba utilizada en el sistema de abastecimiento de agua lluvia. En la Figura 16 se muestra la red hidráulica acompañando los datos dados en el mapa de medidas de las alturas de los nudos, la longitud, el diámetro de las tuberías y la distribución de la red. El modelo hidráulico introdujo la distribución de presión de la red externa del circuito hidráulico.
El sistema de recolección y monitoreo de agua de lluvia se encuentra ubicado en el laboratorio de construcción de la misma universidad. Este mapa muestra la evaporación media anual, valor que se obtiene a partir del promedio de la evaporación registrada en los doce meses del año.
V ARIABLES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS DE RECOLECCIÓN Y APROVECHAMIENTO
Clima: en época de lluvias el caudal aumenta y en época seca disminuye, en este proyecto es importante conocer las épocas de lluvias y precipitación en la zona. Vegetación: Evita que el agua se mueva rápidamente cuesta abajo y es excelente para reducir inundaciones severas y repentinas de ríos y arroyos. Hombre: entre otras cosas, cambia el comportamiento natural de ríos y arroyos construyendo presas y embalses, bombeando escombros, depositando y acumulando desechos sólidos.
Nivel: La medición del nivel de líquido puede ser directa o indirecta, en el caso especial de la variable nivel del proyecto, el objetivo es calcular el nivel de agua de lluvia en los embalses, lo que permite calcular el volumen en los embalses. embalses calculados. Esta medición se realiza con ayuda de un sensor ultrasónico, el cual se coloca en la tapa de los tanques, el sensor emite un pulso u onda ultrasónica, sobre la superficie reflectante, en este caso agua, la cual se refleja desde el agua hacia los mismos. . altavoces del sensor, el retraso en la aparición del eco mencionado dependerá del nivel del agua en el tanque.
S ISTEMA DE MONITOREO IMPLEMENTADO
S ENSORES DE CAUDAL
Los sensores de caudal o también llamados caudalímetros, que se instalaron en la red hidráulica del sistema de distribución de agua pluvial y potable del prototipo de vivienda, son de la referencia YF-S201, de pulgada y media adaptados a la red en puntos críticos. de medición de suministro y distribución como se muestra en la figura. Se tienen instalados 4 caudalímetros en la red de distribución, el primero es un caudalímetro de 1 pulgada ubicado en la oficina del segundo piso de la casa. Su objetivo es controlar el flujo que va desde el tanque de recolección de agua de lluvia al tanque de almacenamiento de aire. Luego se instaló un sensor de caudal, con el objetivo de monitorear el paso del agua de lluvia al inodoro, fregadero, lavavajillas y grifo del jardín. Esta instalación se realizó en medio de la red de distribución donde existe una transición de tubería de 1” (pulgada) a 1.
Este sensor se instaló en la habitación del primer piso de la casa. Finalmente se instaló el último sensor de flujo de 1 2” (pulgadas), cuya finalidad es monitorear el suministro de agua potable al sanitario de la habitación.
S ENSOR DE NIVEL ULTRASÓNICO
Lo anterior se logró tomando las dimensiones internas de los tanques y estableciendo las relaciones volumétricas que se muestran en la Figura 35. Anteriormente, los sensores de nivel se instalaban en cajas acrílicas para proteger el sensor del contacto directo con el agua. Para instalar los sensores se retiró la tapa de ambos tanques, lo que permitió una mejor inspección.
Y se instalaron las cajas acrílicas que contenían los sensores y se fijaron a las tapas del tanque mediante 4 tornillos. La Figura 37 muestra la tapa de los tanques, con la caja acrílica que contiene el sensor de nivel.
S ENSOR DE POTENCIA
S ISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS
C ABLEADO ESTRUCTURADO DEL SISTEMA DE MEDICIÓN
Para instalar el sistema de cableado fue necesario adquirir tuberías eléctricas de PVC de ½ pulgada, estas se venden en tuberías de 3m de largo por unidad. unidad; Se requirieron 14 tuberías de PVC con sus respectivas curvas del mismo material. El procedimiento para llevar los cables de los sensores a la placa principal Arduino fue utilizar una sonda metálica cuya función es introducir los cables dentro de la tubería de PVC. Se unió uno de los extremos de los cables con cinta aislante a la sonda y se introdujo el conjunto de cables y sonda a través de la tubería, ya que la sonda puede moverse sin problemas en todas las curvas y cambios de pendiente de la tubería instalada.
A JUSTE DE LOS SENSORES DE MEDICIÓN
C ALIBRACIÓN SENSORES DE CAUDAL
El K ajustado se obtiene dividiendo el caudal real entre la frecuencia medida por el equipo, como se muestra en la Tabla 7. Este nuevo K ajustado se utiliza para cuantificar el caudal real obtenido del promedio de los tiempos (min.), dividido por el volumen. (lt). Luego de realizar múltiples pruebas, los valores obtenidos de los caudales y frecuencias se organizan para luego obtener la correlación necesaria para verificar la precisión de la medición, como se muestra en la Tabla 17.
De la misma manera que se realizó el ajuste mediante la gráfica de correlación en el caudalímetro de 1 pulgada en posición vertical, se realiza para los demás caudalímetros, dicho ajuste se puede comprobar en las siguientes tablas y diagramas. Luego de la calibración de los sensores de flujo se realizó la instalación de dichos sensores y al mismo tiempo el monitoreo serial del Arduino IDE y la conexión del sensor de flujo no. 2, que mide el caudal de salida en jardinería y lavavajillas.
C ALIBRACIÓN DE LAS VARIABLES DE NIVEL
Se realizó el monitoreo del software LABVIEW y conexión del sensor ultrasónico, el cual mide el nivel de flujo del tanque en su máxima capacidad, medio lleno y casi vacío; también monitoreo del software LABVIEW y conectividad de sensores. Las siguientes imágenes son la visualización del tanque de aire con un nivel de agua que casi ha llegado al máximo llenado del tanque, luego de abrir un grifo por un tiempo determinado, se observa el tanque de aire con un nivel de agua promedio, y finalmente con agua constante. consumo, el tanque elevado se observa con un nivel mínimo de agua. Además de medir el nivel de agua presente, cuenta con una alarma que informa cuando el tanque está lleno y una alarma cuando el tanque está casi vacío.
C ALIBRACIÓN DE LAS VARIABLES DE ENERGÍA
Para conectar el sensor a la placa Arduino se utilizó un cable polarizado negro y rojo de 2x20 mm como se muestra en la Figura 57. Los datos de calibración y la verificación de su funcionalidad fueron leídos exitosamente por el programa en el que se puede registrar toda la medición del sensor como se ve en la Figura 58. Puede ver cómo el sensor está funcionando correctamente tomando lecturas cuando la bomba está apagada y cuando la bomba se enciende manualmente.
Siguiendo el esquema se observa la instalación real de la tarjeta, la cual está conectada a todos los sensores de nivel, caudal y potencia. En la caja de acrílico se encuentran las placas Leonardo y Arduino UNO y la placa de ruptura.
A PLICATIVO DE MONITOREO EN L ABVIEW
Se puede observar la actividad del agua de lluvia que pasa desde los embalses en el proceso de llenado del depósito externo al tanque de aire que permite el flujo de agua a la red de distribución, la medición de la potencia de la bomba y la transición del flujo de agua en diferentes Medidores de flujo. En esta imagen se puede ver el cambio de nivel del agua en los tanques de recolección. En estos tanques se crea un flujo de agua de lluvia, que parte del tanque externo y llega al tanque de aire interno de la casa. Para esta prueba fue necesario encender la bomba, la actividad principal de la bomba es trasvasar agua desde el tanque de recolección o tanque de agua de lluvia ubicado en el exterior de la casa al tanque de aire (hasta alcanzar el volumen máximo de recolección) .; El tanque de aire mencionado se encuentra ubicado en el segundo piso de la casa.
Luego, la señal de los sensores de nivel y potencia se conecta al otro extremo de la tarjeta de la siguiente manera. El cable negro se conecta al punto 1 (GND) del terminal azul de la tarjeta, este cable negro es el polo de tierra de todos los sensores del sistema, seguido del cable rojo no. 2 (vcc) que es la fuente de energía positiva. del sensor de potencia se conecta al punto 2 del conector azul de la tarjeta, el cable blanco R3 se conecta al punto 3 del conector azul de la tarjeta, este cable es la señal del sensor de nivel del tanque externo, el cabo verde.
P ROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL MONITOREO DEL SISTEMA DE REUTILIZACIÓN DE
Se estimó el costo de un sistema funcional de medición de variables de caudal, nivel y energía en un mecanismo de reúso de agua de lluvia. Este sistema de bajo costo se puede implementar en otros mecanismos de recaudación para ser eficiente y promover el ahorro. El sistema de seguimiento del mecanismo de captación y reutilización de aguas pluviales permite obtener registros del consumo de las redes de agua potable y pluviales, que con su posterior análisis permitirá dimensionar estos sistemas para su uso y el área donde se implementarán. Propuesta de sistema de aprovechamiento de agua lluvia como alternativa de ahorro de agua potable en la Institución Educativa María Auxiliadora de Caldas en Antioquia.
Utilización del software epanet para la modelización de la red de distribución de agua potable en edificios. Evaluación con criterios de sostenibilidad de un prototipo de sistema de suministro de agua y energía enfocado a vivienda de interés social.
