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https://hdl.handle.net/20.500.12104/92015Registro completo de metadatos
| Campo DC | Valor | Lengua/Idioma |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Villanueva Portugal, Malcom Irving | |
| dc.date.accessioned | 2023-04-18T22:28:49Z | - |
| dc.date.available | 2023-04-18T22:28:49Z | - |
| dc.date.issued | 2020-09-01 | |
| dc.identifier.uri | https://wdg.biblio.udg.mx | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.12104/92015 | - |
| dc.description.abstract | En el mundo existen diferentes problemas sociales, entre ellos está el calentamiento global, por lo cual la participación social es importante en la contribución del cuidado de los diferentes recursos naturales para evitar deforestaciones, contaminación ambiental y el desperdicio del agua, las personas juegan un rol de suma importancia en este ejercicio social [1]. Hablando específicamente de un recurso natural de mucho interés y uno de los más importantes para la vida humana es el agua, ésta cubre más del 70% de la superficie del planeta encontrándose en océanos, lagos, ríos etc. [2]. El agua, aparte de ser utilizada para el consumo humano, es utilizada para generar vida, tal es el caso del riego a los cultivos agrícolas. Los sistemas más utilizados son por gravedad que presentan una baja eficiencia en su aplicación, por lo que se necesita un mayor número de volumen de agua para satisfacer la demanda hídrica del cultivo. Algunos estudios realizados por la CONAGUA, han estimado que sólo entre el 15 al 50% del agua extraída para la agricultura de riego llega a la zona de cultivos, por lo cual es de suma importancia el cuidado de este recurso natural [3]. En la actualidad se han hecho diferentes estudios para el cuidado del agua en el riego agrícola, uno de los sistemas más utilizados es el de multicompuertas que conduce y distribuye el agua de riego dentro de la tierra. Otro de ellos es el sistema de aspersión donde se distribuye el agua por medio de un sistema de tuberías que riega en forma de lluvia dosificando la presión de agua y precisando el consumo. En la Figura 1.1 se muestra la representación gráfica de un sistema de riego por goteo, el cual, es un sistema que ayuda a optimizar el consumo de agua en el riego agrícola, este funciona filtrando del agua directamente sobre la tierra por medio de gotas que caen constantemente sobre esta, manteniendo húmeda la zona de la planta. El último, pero no menos importante, es el drenaje subterráneo de terrenos agrícolas que se asegura de mantener húmedas las raíces de las plantas para conseguir su óptimo desarrollo y eliminando el exceso de agua del suelo [4]. | |
| dc.description.tableofcontents | Índice Índice..............................................................................................................................................i Índice de Figuras......................................................................................................................... iii Índice de Tablas ............................................................................................................................v Índice de Gráficas..........................................................................................................................v Índice de Anexos..........................................................................................................................vi Capítulo 1. Introducción................................................................................................................1 1.1. Planteamiento del problema ..............................................................................................2 1.2. Estado del arte ...................................................................................................................2 1.3. Justificación.......................................................................................................................4 1.4. Objetivo general ................................................................................................................5 1.4.1. Objetivos particulares..............................................................................................5 1.5. Metodología.......................................................................................................................5 1.5.1. Operación del sistema .............................................................................................5 1.6. Etapas del proyecto............................................................................................................7 1.7. Estructura de la tesis..........................................................................................................7 Capítulo 2. Investigación de campo para conocer la viabilidad del dispositivo de monitoreo .....8 2.1. Muestra estadística ............................................................................................................8 2.1.1. Viabilidad................................................................................................................8 2.2. Resultados de la encuesta........................................................................................9 Capítulo 3. Diseño del canal Parshall en SolidWorks® 2018.....................................................17 3.1. Cálculo del canal Parshall ...............................................................................................17 3.1.1. ¿Qué es el canal Parshall? .....................................................................................17 3.1.2. Cálculo aproximado del caudal para la selección del canal Parshall ....................17 3.1.2.1. Medición del canal triangular................................................................................18 Aplicación de la formula con los datos obtenidos.......................................................................20 3.2. Dibujo en SolidWorks 2018®.........................................................................................22 3.2.1. Modelado del canal Parshall en 3D.......................................................................22 3.2.2. Modelado del canal Parshall en 2D.......................................................................28 3.3. Propiedades físicas del diseño del dispositivo.................................................................29 Capítulo 4. Diseño del algoritmo de programación en Arduino® para el monitoreo del flujo volumétrico..................................................................................................................................30 4.1. Diagrama de flujo del sistema .........................................................................................30 ii 4.1.1. Diseño del diagrama de flujo ................................................................................30 4.2. Diseño del algoritmo .......................................................................................................33 4.2.1. Diseño del algoritmo en Arduino®.......................................................................33 4.3. Diseño de la estructura en AppInventor..........................................................................35 4.3.1. Lenguaje AppInventor...........................................................................................35 4.3.2. Diseño de los bloques en AppInventor .................................................................36 Capítulo 5. Elaboración física del prototipo de canal Parshall en base al diseño requerido .......42 5.1. Selección del material......................................................................................................42 5.1.1. Precio de los tipos de aceros .................................................................................42 5.1.2. Comparación de precios en el mercado de las planchas de acero.........................42 5.2. Elaboración física del dispositivo....................................................................................44 5.2.1. Construcción del canal Parshall ............................................................................44 Capítulo 6. Elaboración del sistema embebido para el monitoreo del caudal.............................50 6.1. Elementos para su construcción ......................................................................................50 6.1.1. ¿Qué es un sistema embebido?..............................................................................50 6.1.2. Elementos necesarios ............................................................................................50 6.1.2.1. Arduino Uno..........................................................................................................50 6.1.2.1.1. Partes del Arduino Uno .........................................................................................51 6.1.2.1.2. Precio del Arduino Uno comparado con otros......................................................52 6.1.2.2. Sensor Ultrasónico ................................................................................................52 6.1.2.2.1. Partes del sensor ultrasónico JSN-SR04T.............................................................53 6.1.2.2.2. Precio del sensor JSN-SR04T comparado con otros.............................................54 6.1.2.3. Sensor Bluetooth ...................................................................................................55 6.1.2.3.1. Sensor Bluetooth HC-06 .......................................................................................55 6.1.2.3.2. Precio del sensor HC-06 comparado con el HC-05 ..............................................55 6.1.2.4. Batería recargable..................................................................................................56 6.1.2.4.1. Costo de la batería en el mercado..........................................................................56 6.1.2.5. Gabinete protector del circuito..............................................................................57 6.1.2.5.1. Costo del gabinete .................................................................................................57 6.2. Conexiones......................................................................................................................58 6.4 Pruebas ............................................................................................................................60 Capítulo 7. Pruebas del dispositivo del monitoreo de flujo abierto ............................................63 7.1. Instalación........................................................................................................................63 7.2. Medición del flujo ...........................................................................................................67 iii 7.2.1. Instalación del sistema embebido en el canal Parshall..........................................67 7.2.2. Monitoreo de flujo de agua ...................................................................................68 7.3. Cálculo analítico..............................................................................................................70 7.3.1. Comprobación de la medición...............................................................................70 7.4. Resultados........................................................................................................................70 Conclusión...................................................................................................................................75 Recomendaciones........................................................................................................................76 Bibliografía..................................................................................................................................77 Anexos.........................................................................................................................................80 Índice de Figuras Figura 1.1. Sistema de riego por goteo..........................................................................................1 Figura 1.2. Partes del medidor Parshall (perfil). ...........................................................................3 Figura 1.3. Partes del canal Parshall. ............................................................................................4 Figura 1.4. Ralph Parshall tomando lectura del flujo en 1946......................................................6 Figura 1.5. Sistema de caudalímetro acoplado a un canal Parshall/Venturi. ................................6 Figura 2.1. Cálculo de la muestra de la población finita...............................................................9 Figura 3.1. Campo experimental del ITSG tomado desde Google Map®..................................18 Figura 3.2. Medición del canal triangular del campo experimental (altura). ..............................19 Figura 3.3. Medición del canal triangular del campo experimental (ancho)...............................19 Figura 3.4. Plano en 2D del diseño de un medidor de flujo volumétrico Parshall......................21 Figura 3.5. Vista superior del canal Parshall..............................................................................22 Figura 3.6. Vista Frontal del canal Parshall ................................................................................22 Figura 3.7. Vista trasera del canal Parshall .................................................................................23 Figura 3.8. Vista trasera del canal Parshall .................................................................................23 Figura 3.9. Vista isométrica del canal Parshall ...........................................................................24 Figura 3.10. Vista de la estructura donde se montará el sistema embebido................................25 Figura 3.11. Vista de la solera para sostener el sensor ultrasónico.............................................25 Figura 3.12. Tornillo B18.6.7M - M10 x 1.5 x 13 Indented HFMS-13S....................................26 Figura 3.13. B18.2.2.4M - Hex flange nut, M10 x 1.5, with 15 WAF–S ...................................26 Figura 3.14. Diseño en 2D del canal Parshall .............................................................................28 Figura 3.15. Propiedades físicas del canal Parshall analizada en SolidWorks 2018®. ..............29 Figura 4.1. Simbología para construcción de diagramas de flujo. ..............................................31 Figura 4.2. Diagrama de flujo del sistema de monitoreo de caudal para un canal Parshall de 9’’. .....................................................................................................................................................32 Figura 4.3. Sitio Web de AppInventor. .......................................................................................35 Figura 4.4. Bloque para detectar el Canvas.................................................................................36 Figura 4.5. Pantalla de inicio antes de programar los bloques de la aplicación móvil. ..............36 Figura 4.6. Determinación de las coordenadas de la posición de los “botones” en el canvas. ...37 Figura 4.7. Conexión al dispositivo bluetooth. ...........................................................................37 Figura 4.8. Bloques para dibujar las variables en un instante de tiempo. ..................................37 iv Figura 4.9. Bloque de verificación de cadena. ............................................................................38 Figura 4.10. Bloque de selección de datos, “distancia”, “flujo” y “acumulado”. .......................38 Figura 4.11. Bloque final.............................................................................................................39 Figura 4.12. Declaración de variables.........................................................................................39 Figura 4.13. Código completo de la programación en bloques en AppInventor para el monitoreo del sistema...................................................................................................................................40 Figura 4.14. Pantalla real de la aplicación móvil en el dispositivo de prueba (celular).............41 Figura 5.1. Precio de la lámina galvanizada................................................................................42 Figura 5.2. Precio de plancha de acero inoxidable......................................................................43 Figura 5.3. Costo de la plancha de aluminio de 4x10 calibre 20. ...............................................43 Figura 5.4. Corte de la lámina con la cortadora de metal............................................................46 Figura 5.5. Soldada del PTR con una parte lateral del canal Parshall.........................................46 Figura 5.6. Medición de la base donde se tomará la lectura de la altura en cm..........................47 Figura 5.7. Base del sistema embebido. ......................................................................................48 Figura 5.8. Verificación de las uniones del canal para evitar fugas............................................48 Figura 5.9. Canal Parshall ya pintado con fondo. .......................................................................49 Figura 5.10. Canal Parshall pintado y terminado. .......................................................................49 Figura 6.1. Tableta Arduino Uno. ...............................................................................................51 Figura 6.2. Partes de la tableta Arduino Uno. .............................................................................52 Figura 6.3. Sensor Ultrasónico JSN-SR04T................................................................................53 Figura 6.4. Partes del Sensor JSN-SR04T...................................................................................54 Figura 6.5. Pines de conexión del sensor Bluetooth HC-06........................................................55 Figura 6.6. Precio de la batería que se utilizara en el dispositivo. ..............................................56 Figura 6.7. Precio del gabinete Steren®......................................................................................57 Figura 6.8. Conexiones del dispositivo electrónico. ...................................................................59 Figura 6.9. Dispositivo físico ya conectado. ...............................................................................59 Figura 6.10. Sistema embebido ya encapsulado .........................................................................60 Figura 6.11. Prueba del dispositivo simulando un nivel bajo de flujo........................................61 Figura 6.12. Prueba del dispositivo simulando nivel alto de flujo..............................................62 Figura 7.1. Zona de distribución de agua. ...................................................................................63 Figura 7.2. Fosa donde se instalará el canal Parshall. .................................................................64 Figura 7.3. Canal Parshall instalado en la zona de cultivo..........................................................64 Figura 7.4. Canal Parshall instalado, (vista frontal)....................................................................65 Figura 7.5. Compuerta provisional..............................................................................................65 Figura 7.6. Instalación terminada................................................................................................66 Figura 7.7. Sistema embebido montado en el canal Parshall. .....................................................67 Figura 7.8. Vista frontal del sistema montado. ...........................................................................67 Figura 7.9. Monitoreo de flujo de canal abierto..........................................................................68 Figura 7.10. Monitoreo de flujo de agua en canal abierto con variación de lectura. ..................68 Figura 7.11. Captura de pantalla de una lectura real...................................................................69 Figura 7.12. Flujo a 4 minutos de transición...............................................................................71 Figura 7.13. Flujo a 9 minutos de transición...............................................................................71 Figura 7.14. Flujo a 13 minutos de transición.............................................................................72 Figura 7.15. Flujo a 17 minutos de transición.............................................................................72 Figura 7.16. Flujo a 21 minutos de transición.............................................................................73 v Índice de Tablas Tabla 2.1. Frecuencia de los tipos de sistemas de riego..............................................................10 Tabla 2.2. Frecuencia de las hectáreas sembradas por el productor. ..........................................11 Tabla 2.3. Frecuencia del pago por agua consumida para riego por temporada. ........................12 Tabla 2.4. Frecuencia de la conciencia del productor en la optimización del uso del agua, el cual puede reducir costos en el cultivo y reducir el impacto ambiental. ............................................13 Tabla 2.5. Frecuencia del conocimiento del productor en la cantidad de agua utilizada en sus cultivos. .......................................................................................................................................14 Tabla 2.6. Frecuencia de la realización de monitoreo de flujo de agua que aprovecha el cultivo. .....................................................................................................................................................15 Tabla 2.7. Frecuencia de la importancia de contar con un dispositivo el cual monitoree el flujo volumétrico..................................................................................................................................16 Tabla 3.1. Medida estándar de las aforodoras Parshall. ..............................................................17 Tabla 3.2. Ecuaciones de descarga para canales Parshall. ..........................................................20 Tabla 3.3. Dimensiones para la Aforo Parshall de 9 pulgadas....................................................21 Tabla 3.4. Especificaciones del tornillo hexagonal de acero galvanizado con brida. .................27 Tabla 3.5. Especificaciones para la tuerca hexagonal con brida.................................................27 Tabla 5.1. Comparación de precios de los materiales. ................................................................44 Tabla 5.2. Materiales utilizados en la construcción. ...................................................................44 Tabla 6.1. Comparación de precios de las tabletas Arduino más básicas. ..................................52 Tabla 6.2. Comparación de precios del sensor JSN-SR04T con otros sensores ultrasónicos.....54 Tabla 6.3. Precio del sensor HC-06 comparado con el HC-05. ..................................................56 Tabla 6.3. Costo aproximado de los materiales para la elaboración del dispositivo electrónico. .....................................................................................................................................................57 Tabla 6.4. Conexiones del dispositivo electrónico......................................................................58 Tabla 7.1. Datos de muestreo. .....................................................................................................70 Índice de Gráficas Gráfica 2.1. Frecuencia de los tipos de sistemas de riego...........................................................10 Gráfica 2.2. Frecuencia de las hectáreas sembradas por el productor.........................................11 Gráfica 2.3. Frecuencia del pago por agua consumida por temporada en pesos mexicanos. .....12 Gráfica 2.4. Frecuencia de la conciencia del productor en la optimización del uso del agua, el cual puede reducir costos en el cultivo y reducir el impacto ambiental......................................13 Gráfica 2.5. Frecuencia del conocimiento del productor en la cantidad de agua utilizada en sus cultivos. .......................................................................................................................................14 Gráfica 2.6. Frecuencia de la realización de monitoreo de flujo de agua que aprovecha el cultivo. .....................................................................................................................................................15 Gráfica 2.7. Frecuencia de la importancia de contar con un dispositivo el cual monitoree el flujo volumétrico en canales abiertos para la zona de Guasave. .........................................................16 Gráfica 7.1. Volumen acumulado ...............................................................................................73 Gráfica 7.2. Flujo volumétrico. ...................................................................................................74 Gráfica 7.2. Altura generada. ......................................................................................................74 vi Índice de Anexos Anexo 1. Número de productores de la temporada otoño-invierno 2017-2018..........................81 Anexo 2. Encuesta para medir la factibilidad del dispositivo de monitoreo de caudal...............82 Anexo 3. Láminas netas y brutas a nivel parcela para los cultivos de riego en el norte de Sinaloa. .....................................................................................................................................................83 Anexo 4. Placa Arduino Uno. .....................................................................................................84 Anexo 5. Modelado del sensor HC-06. .......................................................................................84 Anexo 6. Sensor JSN-SR04T......................................................................................................85 Anexo 7. Batería..........................................................................................................................85 Anexo 8. Modelo del gabinete Steren®. ...................... | |
| dc.format | application/PDF | |
| dc.language.iso | spa | |
| dc.publisher | Biblioteca Digital wdg.biblio | |
| dc.publisher | Universidad de Guadalajara | |
| dc.rights.uri | https://www.riudg.udg.mx/info/politicas.jsp | |
| dc.subject | Dispositivo Flujo Canales Abiertos | |
| dc.title | Desarrollo de un Dispositivo para el Monitoreo de Flujo Volumétrico en Canales Abiertos para la Zona de Guasave, Sinaloa | |
| dc.type | Tesis de Maestría | |
| dc.rights.holder | Universidad de Guadalajara | |
| dc.rights.holder | Villanueva Portugal, Malcom Irving | |
| dc.coverage | AMECA, JALISCO | |
| dc.type.conacyt | masterThesis | |
| dc.degree.name | MAESTRIA EN INGENIERIA MECATRONICA | |
| dc.degree.department | CUVALLES | |
| dc.degree.grantor | Universidad de Guadalajara | |
| dc.rights.access | openAccess | |
| dc.degree.creator | MAESTRIA EN INGENIERO EN MECATRONICA | |
| dc.contributor.director | Sorcia Vázquez, Felipe De Jesús | |
| dc.contributor.codirector | Brizuela Mendoza, Jorge Aurelio | |
| Aparece en las colecciones: | CUVALLES | |
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