planta de monitoreo para la reutilizacion de agua de...
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PLANTA DE MONITOREO PARA LA REUTILIZACION DE AGUA DE LA SEGUNDA LAVADA DE LA LAVADORA
MONITOR PLANT FOR THE REUSE OF WATER FOR THE SECOND WASH OF A WASHING MACHINE.
J.Roa∗ H. Montaña**
Resumen: El sistema de la planta para sensado, monitoreo y control del flujo de agua
está constituido por un sensor de flujo, un filtro natural carbonizado, un sensor de pH,
dos sensores de Nivel, y un sensor ultrasónico, que están instalados y adaptados dentro
de un tanque de agua de 120 litros de capacidad, El control del flujo está constituido por
tres electroválvulas, un sensor de flujo y un sensor de nivel. Un sensor de flujo está
adaptado e instalado en el paso inicial de caudal de agua de la lavadora para su primer
llenado, para activar el sistema de monitoreo, un sensor de nivel está ubicado en la
salida de caudal de la lavadora por el cual drena, a partir de cada drenado el sensor de
nivel sensara el segundo caudal para activar una de las electroválvulas para cambiar el
sentido de flujo de drenaje a flujo hacia el estanque. EL filtro de carbón está constituido
en un tubo de 1 ½ “ con un largo de 30 cm, que en el interior contiene varias capas de
carbón activo ideal para filtrar el agua. La tercera electroválvula está instalada en la
parte inferior del tanque para activarse y drenar el agua cuando el pH no es adecuado
e ideal. Por último tiene en la parte inferior una llave de paso de flujo de agua para
extraer manualmente., Todo esto está en una estructura de metal de 90*56 cm de alto
y ancho en forma de canasta donde el barril descansa, para la transmisión de datos se
∗ Estudiante de tecnología en electrónica. Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Colombia,
[email protected] ∗ Ingeniero Electrónico en Control. Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Colombia,
utiliza un módulo de radio frecuencia bluetooth, estos datos se visualizará en una
aplicación que mostrará calidad de pH, cantidad de agua y ahorro en consumo por
lavada.
Palabras clave: Filtro, Monitoreo, accionamiento, sensores, caudal, trasmisión, datos.
Abstract The system of plant for sensor, monitored and control of flow of water, this
consist of a sensor of flow, a natural filter of coal, a sensor of pH, a sensor of nivel and
sensor of closeness, that be installed in inside of a tank of water of 120 liters of capacity.
The control of flow is consist three electroval and two sensor of flow. one of sensor of
flow is adapted and install in the pass first of flow of water of the washing machine for
the first filling, this sensor activate the system of monitor, the second sensor is situated
in the way out of flow water of the washing machine in where water drain.
From each drain the flow sensor senses the second flow to activate one of the solenoid
valves to change the direction of drainage flow a flow towards the pond. With a natural
filter, this filter consists of a 1 ½ "pipe with a length of 30 cm, which contains several
layers of activated charcoal ideal for filtering and purifying water. The third solenoid valve
is installed in the Bottom of the tank to rinse and drain the water when the pH is not
suitable and ideal. Finally has in the bottom a water flow wrench to extract manually. It
is all in a metal structure of 90 * 56cm High and wide in the form of a basket where it
rests on a barrel, for data transmission a Bluetooth radio frequency module is used, this
data is displayed in an application that shows the pH quality.
Key Words: Filter, Monitoring, Drive, Sensors, Flow, Transmission, Data.
1. Introducción
En muchos hogares se recoge el agua de la lavadora, pero no se tiene un lugar adecuado y
con la calidad para volver a utilizar, en otros hogares se desperdicia un alrededor de 110 litros
de agua, por lo cual se genera un costo y gasto, semanalmente una familia utiliza y lava ropa
dos a tres veces en la semana promedio, por ende semanalmente se desperdicia 210 a 330
litros de agua, mensualmente se desperdicia un promedio de 1320 litros de agua y anualmente
se desperdicia un promedio de 15840 litros de agua. Se pretende ahorrar por hogar
anualmente un alrededor de 7920 litros de agua [1],[2]. Por último la escasez de agua y el
desperdicio que se vive hoy en día, ya que la población aumentado en las últimas décadas, la
contaminación ambiental que el mundo atraviesa y la falta de responsabilidad de utilización de
agua como en los países desarrollados como subdesarrollados.[3]
Obtener un lugar adecuado de almacenamiento, donde un usuario tenga la confianza y la
facilidad de poder reutilizar agua es una de las ventajas que una persona no tiene hoy en día.
Otro factor es la responsabilidad, el conocimiento de la escasez y el desperdicio de agua hoy
en día, ahorrar agua es un acto que cada familia y hogar se tiene que enfatizar[4].
Hoy por hoy varias empresas, industrias y personas han creado plantas de tratamiento para
aguas masivas, como ríos, lagos, aguas negras, contaminadas etc. Estas aguas se han ido
reutilizando para consumo humano especialmente. Otros proyectos se enfatizan en áreas
específicas como el baño, flores, y la fuente que reutilizan son aguas lluvias, lavadora, ducha,
entre otras que no tienen un monitoreo para uso común. Uno de los proyectos es el tratamiento
de agua mediante pulverización, donde se aplica la pulverización para descomponer
componentes orgánicos refractarios incluidos en aguas residuales industriales.[5]
Otro de los proyectos es la electrocoagulación que se ha visto estimulada por la búsqueda de
procesos de tratamiento de agua fiables. Se ha dilucidado un enfoque técnico para
deshacerse de metales pesados y sólidos totales en suspensión del agua usando un
electrodo de aluminio.[6]
Por ultimo nivel domiciliario, se utilizan capas de varios materiales como arena, piedra tierra,
carbón, entre otros materiales, ubicado uno sobre otro. Su funcionamiento es por gravedad,
estos se encuentras ubicados en un contenedor cilíndrico a presión, con el fin de filtrar y
purificar agua, este método de tratamiento ha generado un tipo de filtro pitillo que satisface la
necesidad de la persona que convive en zonas de aguas no potables como ríos quebradas
etc; extrayendo y purificando agua, a través de absorción.[7]
Estos proyectos están enfocados a nivel industrial, rural, y poblacional. Por el cual no se
enfoca en la base familiar o de hogar. En la mayoría de los casos no se tiene un sistema que
se monitoree o que se pueda visualizar en tiempo real en interfaces gráficas.
2. Desarrollo del Proyecto
Párrafo descriptivo de solución
El proyecto se enfatiza en la reutilizar agua, con conocimiento de ahorro, consumo y poder
utilizarse el agua. Para ello se desarrolla con el agua de la lavadora, sensando el flujo de agua
al encender la lavadora activa el sistema de monitoreo, que sensando el segundo caudal de
expulsión de la lavadora activa las electroválvulas, se almacena pasándola por un filtro de
varias capas de carbón activo, teniendo a si un rango de pureza con un sensor de pH, para
saber así si se puede o no utilizar, activando una electroválvulas de drenado o el
almacenamiento de ella misma. Se observa los datos en una App de cantidad, purificación, y
ahorro de consumo en la lavada. Estos datos se transmiten vía bluethoot.
Diagrama de Bloques
Figura1 Diagrama de Bloque de Funcionamiento.
Diagrama de flujo del sistema
Figura 2 Diagrama de Flujo del sistema.(Archivo del Autor)
Gráfico de funcionamiento y partes del sistema
Figura 3 Grafico de partes del sistema.(Archivo del Autor)
Funcionamiento del sistema.
1. Activación del sistema: Pasa el caudal de agua por el sensor de flujo de entrada, este
enviara una señal eléctrica al microcontrolador iniciando el Algoritmo de monitoreo.
2. Activando el microcontrolador: El microcontrolador Psoc se activara entrando al
programa, leyendo los datos que provienen de cada sensor.
3. Activación de Electroválvulas de Drenaje y almacenamiento: Un sensor de nivel
instalado a la salida de la lavadora esta sensando los caudales de salida de agua de la
lavadora enviando así una señal de flujo de caudal para activar las electroválvulas de
bypass al tanque o al drenaje.
4. Flujo de caudal de agua al filtro: Una vez el caudal de agua de la segunda lavada sea
detectada pasa por la electroválvula de almacenamiento y por el filtro de carbón activo,
almacenándose en el tanque de almacenamiento.
5. Almacenamiento en el Tanque: el agua ya filtrada se almacena en el tanque a un nivel
máximo de 70 Litros.
6. Medición de Cantidad y pH de Agua: Un sensor de nivel esta acoplado en el nivel
máximo de contención de agua enviando un dato de nivel máximo, enviando una señal
al microcontrolador para activar o desactivar la electroválvula de paso de caudal hacia
el tanque. El sensor de pH espera el agua a sensar, una vez sansado enviara el dato
de pH del agua al microcontrolador diciéndole si el pH es adecuado para su uso,
haciendo la activación de la electroválvula de drenaje una vez no sea adecuada. El
sensor ultrasónico envía el dato de nivel de agua, midiendo los litros de agua que hay
en el tanque.
7. Transmisión de Datos: La transmisión de datos del sistema de hace mediante radio
frecuencia vía Bluetooth. Esto se hace mediante un módulo de transmisión que permite
por la bandas de radiofrecuencia bluetooth, transmitir hacia otro dispositivo a un rango
de distancia no más de 6 a 8 m (metros), datos e información, de pH, cantidad, y ahorro
en el consumo del sistema.
8. Visualización de Datos. La Visualización de datos que se verá en una interfaz gráfica
en Labview o aplicación el cual con lleva varias pestañas donde se muestran cada dato
en tiempo real la visualización de cada dato leído.
9. Extracción de Agua: una vez el tanque lleno el usuario determina la reutilización del
agua extrayendo manualmente mediante una llave.
Resultados
• Se hicieron varias pruebas de tipos de agua, jabonosa, del grifo, sucia y Buffers pH de
agua de la empresa Hanna Instruments. Tomando así el pH de cada una y haciendo un
rango de medida y de purificación.
Figura 4 Prueba de pH con diferentes tipos de Agua.(Archivo del Autor)
Figura 5 Buffers de pH Hanna instruments 4, 7 y 10.(Archivo del Autor)
Tipo de Agua pH
Limpia 7,523
Sucia 10,76
Jabonosa 9,23
Buffer 4.1 3,99
Buffer 7.1 6,98
Buffers 10.1 9,99
Tabla 1 Valores de medición de tipos de Agua. (Archivo del Autor)
• Durante las pruebas, y la utilización del sistema se obtuvo un pH entre 7,2 y 9,4. Estos datos variaron durante lavadas echas en la semana, ya que varía el tipo de ropa y el detergente utilizado, por el cual el sistema dreno agua y otras la almaceno.
Figura 6 Lectura de Datos de variación de pH.(Archivo del Autor).
Fecha de Dato Detergente Variación de pH
08/02/2017 Jabón en polvo 8,92
11/02/2017 Jabón y cloro 7.02
22/02/2017 Jabón en polvo y Aromatizante
7.95
04/03/2017 Jabón en polvo 9.01
08/03/2017 Jabón en polvo 8,59
Tabla 2 Toma de valores de variación de pH (Archivo del Autor).
• La base datos mostro un ahorro de un alrededor de 980 litros de agua que se lavó
durante mas o menos 7 a 8 semanas, en un promedio de 2 a 3 lavadas por semana, ya
que el tanque almacena un máximo de 70 litros, se obtiene un promedio de 14 lavadas.
Este dato lo muestra la interfaz gráfica, cada vez que se utiliza e inicia el sistema.
Figura 7 Visualización de Ahorro acumulado (Archivo del Autor).
Fecha de Ahorro Acumulado de Ahorro en Lt.
08/02/2017 70
11/02/2017 140
15/02/2017 210
18/02/2017 280
22/02/2017 350
25/02/2017 420
01/03/2017 490
Tabla 3 Datos Guardados de ahorro en diferentes lavadas (Archivod el Autor).
• El Filtro de agua después de 6 lavadas se saturo de mota y partículas sólidas, por el
cual el pH vario por encima de 9,5 a 10 que se vuelve más alcalino y el caudal de agua
disminuyo. Por ende se tuvo que hacer un mantenimiento, el manteniendo de este es
lavar el carbón o remplazarlo.
Figura 8 Mantenimiento de Filtro de Carbón Activo (Archivo del Autor).
Fecha de Datos para Mantenimiento pH de Agua de Tanque
12/04//2017 8.9
14/04/2017 9.3
26/04/2017 9.7
29/04/2017 10.02
Tabla 4 Mediciones de pH durante últimas lavada (Archivo del Autor).
Figura 9 Visualización de último pH para mantenimiento (Archivo del Autor).
Figura 10 visualizaciones de medida de agua en el tanque, con alarma de lleno (Archivo del Autor).
Conclusiones
• Teniendo un lugar donde almacenar y la confiabilidad de poder reutilizar agua da un
paso importante, que un usuario llega a la satisfacción de seguir ahorrando agua, dando
la contribución al medio ambiente y el no desperdiciarla.
• Gracias a la reutilización del agua podemos ver que el consumo y el valor del agua
disminuye. Provocando que el usuario tenga un ahorro monetario y page menos en el
consumo de Agua.
• Si el sistema se generaliza para más hogares en Bogotá de un promedio de 20518
hogares en las 19 localidades en Bogotá, se puede llegar ahorrar más de 150 mil
millones de Litros de agua Anualmente, incluyendo ahorro monetario que varía por
consumo y estrato de vivienda.
• Puede utilizarse el agua para varios usos del hogar como el lavado de pisos, la cisterna
del baño, el baño del mascotas, el lavado de un Automóvil entro otras e incluso para
reutilizar la primer lavada de la lavadora.
• No es apto para consumo humano ya que se tiene que tener en cuantos otros aspectos
como turbidez, coagulación, purificación entre otros.
Imágenes de Proyecto
Figura 6 imágenes de Resultados del Proyecto.
Referencias
[1] “Agua abundante, desperdicio constante.” [Online]. Available: http://www.ucentral.edu.co/noticentral-uc/agua-abundante-desperdicio-constante. [Accessed: 16-Apr-2017].
[2] “Bogotá contra el desperdicio de agua - Revista Ambiental Catorce 6.” [Online]. Available: https://www.catorce6.com/opinion/publicaciones/1078-bogotá-contra-el-desperdicio-de-agua. [Accessed: 16-Apr-2017].
[3] “Decenio Internacional para la Acción ‘El agua, fuente de vida’ 2005-2015. Áreas temáticas: Escasez de agua.”
[4] “Decenio Internacional para la Acción ‘El agua, fuente de vida’ 2005-2015. Áreas temáticas: Escasez de agua.”
[5] V. Lahera-Ramón, “INFRAESTRUCTURA SUSTENTABLE: LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES,” Quivera, vol. 12, no. 2, pp. 58–69, 2010.
[6] Y. Andía, “Tratamiento de agua coagulación y floculación,” Sedapal, pp. 1–44, 2000.
[7] L. Di Bernardo and Â. D. B. Dantas, “Métodos e técnicas de tratamento de água,” Eng. Sanit. e Ambient., vol. 11, no. 2, p. 107, 2006.