Diseño de sistema auto-energizable de medición y envío inalámbrico del consumo del agua potable para la Junta de Agua San Luis de la Carbonería

Abstract

El presente trabajo de grado aborda el diseño e implementación de un sistema auto-energizable para la medición y envío inalámbrico del consumo de agua potable, orientado a mejorar la gestión del servicio en la Junta de Agua “San Luis de la Carbonería”. La propuesta surge ante la necesidad de optimizar el proceso de medición, registro y gestión del consumo, reemplazando métodos manuales por una solución automática y energéticamente autónoma. El sistema está conformado por un nodo sensor encargado de medir el volumen de agua consumida, registrar la información y transmitirla de forma inalámbrica mediante tecnología LoRa hacia un nodo gateway. Posteriormente, los datos son enviados a una plataforma web de gestión a través de una conexión Wi-Fi mediante el protocolo MQTT, para su almacenamiento, visualización y procesamiento, permitiendo el monitoreo del consumo, la administración de usuarios y la generación de información útil para la gestión comunitaria del servicio. Además, el sistema incorpora una fuente de alimentación fotovoltaica con una fuente de almacenamiento de respaldo, lo que posibilita su operación independiente de la red eléctrica. Las pruebas experimentales mostraron un desempeño satisfactorio del sistema propuesto. La comunicación LoRa presentó una cobertura alta en distancias de 200 a 400 metros, con eficiencias de transmisión entre 100% y 95,50%; a distancias de 600 a 1000 metros, eficiencias de transmisión entre 89,30% y 73,50%; y en distancias superiores a 1200 metros el enlace se mantuvo operativo, llegando a su límite de operación con un PDR de alrededor del 50%. Adicionalmente, la incorporación de AES-128 GCM permitió evaluar la viabilidad de integrar seguridad criptográfica en el enlace LoRa, observándose un incremento de la latencia promedio desde 459,86 ms hasta 724,80 ms a 200 metros, así como una reducción de la confiabilidad hasta 67,30% a 1000 metros, sin comprometer la operatividad funcional del sistema. Así mismo, el sensor de flujo presentó una precisión cercana al 99,6%, con errores promedio entre 0,34% y 0,37%. Como resultado de la evaluación energética, se obtuvo una autonomía teórica de 18 días en operación base, validada experimentalmente con más de 10 días de funcionamiento continuo, mientras que en condición crítica con activación continua de la electroválvula la autonomía fue cercana a 2 días. En conjunto, los resultados demuestran la viabilidad técnica y funcional del sistema en contextos rurales.