sistema automatico recuperador de agua pluvial y aguas grises

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD ZACATENCO
“SISTEMA AUTOMATICO RECUPERADOR DE AGUA
PLUVIAL Y AGUAS GRISES”
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
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HUERTA ARENAS GUSTAVO
JIMENEZ TELLEZ EDUARDO DAVID
PRADO RODRIGUEZ ZEUS ENRIQUE
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DR. LÓPEZ CÁRDENAS RODRIGO
ING. VALVERDE TRUJILLO ERASMO
MEXICO, D.F.
JUNIO 2011
RESUMEN En este trabajo se presenta un sistema de control basándonos en conocimientos de filtración por medio de arenas de forma natural, conocimientos en maquinas eléctricas, electroválvulas, aplicación directa de electrónica, al igual que en técnicas de control la interfaz con el sistema digital del software de LabView con el puerto serial de la computadora realizando los arreglos correspondientes para adquirir de manera adjunta potencia y coordinación de componentes del sistema. La implementación del sistema propuesto se desarrollara con el programa LabView y se utilizara equipo de cómputo convencional como también material de fácil manejo y adquisición para la construcción y estructura de tal diseño. CONTENIDO CAPITULO 1 INTRODUCCION 1.1
Introducción …2 1.2 Objetivo General …3 1.2.1 Objetivo Particular …3 1.3 Justificación …3 1.4 Alcancé …4 1.5 Contenido Del Proyecto …4 1.6 Problemática …5 1.7 Argumentación …5 1.8 Planteamiento Del Problema …6 Disponibilidad Del Agua En México …9 CAPITULO 2.1 2 MARCO TEORICO 2.1.1 Consumo De Agua En México …9 2.2 …9 Tipo De Agua A Tratar 2.2.1 Agua Gris …9 2.2.2 Agua Pluvial …10 2.3 Rehúso Del Agua …13 2.4 Material Filtrante …13 2.4.1 Carbón Activado …13 2.4.2 Zeolita Natural …13 2.5 Medición De Pureza En El Agua ...14 2.6 Modelo de Rehusó …15 2.7 Parámetros de Calidad del Agua …16 2.8 …22 2.8.1 Filtración Lenta con Arena …23 Diagrama de la Maquina de Estados …23 2.9 Filtración CAPITULO 3 SISTEMA PROPUESTO 3.1 Puesta En Marcha …26 3.2 Sistema Propuesto …26 3.3 Prototipo A Escala …29 3.4 Proceso De Recuperación De Agua‐Algoritmo …30 3.4.1 Proceso De Recuperación Bajo Condiciones de Control …31 3.5 …32 3.5.1 Tarjeta De Adquision De Datos …33 3.5.2 Uso De LabView …33 …34 …37 ...37 4.1.2 Clases Y Funcionamiento … 37 4.2 …38 4.2.1 Usos Del Puente H Como Inversor De Giro …38 4.3 Parte Física …39 4.4 Circuitería Usada …39 4.5 Construcción Del Proyecto …40 3.6 Proceso En Simulación Principales Usos y Características CAPITULO 4 IMPLEMENTACION 4.1 Componentes Del Proceso 4.1.1 Electroválvulas Servos 4.6 Mantenimiento del Equipo …44 4.7 Pruebas con LabView …44 CAPITULO 5 5.1 Forma Real 5.2 5.3 DISEÑO Y MEJORAS DEL PROYECTO …54 Ventajas y Desventajas …55 Control por Monitoreo …56 …57 …59 CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA … 60 GLOSARIO DE TERMNOS ANEXOS …62 SistemaAutomáticoRecuperadordeAguaPluvialyAguasGrises
CAPITULO1.‐
INTRODUCCION
Ing. Comunicaciones y Electrónica ‐ Control 1.1 INTRODUCCION La escasez y el mal uso del agua, plantean una creciente y seria amenaza para el medio ambiente, la salud y supervivencia de la especie humana. La distribución de la red de agua potable y su consecuente fluido deben ser más equitativos. El acelerado crecimiento demográfico del Distrito Federal ha provocado que el suministro sea insuficiente, recayendo sobre todo en las clases más desprotegidas. Ante esta situación nos planteamos la pregunta: ¿qué podemos hacer para contribuir a resolver la problemática del agua? El agua, como motor de desarrollo y fuente de riqueza, ha constituido uno de los pilares fundamentales para el progreso del hombre. La ordenación y gestión de los recursos hídricos, que ha sido desde siempre un objetivo prioritario para cualquier sociedad, se ha realizado históricamente bajo directrices orientadas a satisfacer la demanda en cantidades suficientes bajo una perspectiva de política de oferta hacia una gestión que contempla la calidad del recurso y la protección del mismo como garantía de un abastecimiento futuro y de un desarrollo sostenible. Al igual que el agua de uso domestico como la de lavabos y lavaderos puede re‐
utilizarse de manera efectiva para el funcionamiento del WC al igual que es económico filtrarla a tal grado que sea reutilizable en el mismo. El agua es un recurso natural cada vez más importante y escaso en nuestro entorno. Gracias a la instalación de un sistema de recuperación de agua de lluvia y de aguas grises, puede ahorrar fácilmente hasta un 50% del consumo de agua potable en el hogar. El agua pluvial es perfectamente utilizable para muchos usos domésticos en los que puede sustituir al agua potable. La recuperación de agua pluvial consiste en filtrar el agua de lluvia captada en una superficie determinada, generalmente el tejado o azotea y almacenarla en un depósito. Después el agua tratada se distribuye a través de un circuito hidráulico independiente de la red de agua potable. Directamente no hemos encontrado antecedentes de sistemas que controlan el flujo de un liquido a través de controles automatizados y aplicables a sistemas de llenado sin dejar de mencionar que nuestro sistema tiene como ventaja que será un sistema que funcionara solo cuando los parámetros sean los establecidos en el sistema planteado para el correcto desarrollo. 2 1.2 OBJETIVO GENERAL Proponer un sistema de control automático que nos permita el reciclado de aguas grises y agua pluvial por medio de un filtro tratador de aguas de fabricación económica con arenas para utilizarla en servicios residenciales ahorrando el vital liquido y evitar una numeroso desperdicio de este. 1.2.1 OBJETIVO PARTICULAR Diseñar el prototipo de un sistema automático de reciclado de agua para disminuir los niveles de pérdida de este ya que en el hogar sucede la mayor parte de la misma. 1.3 JUSTIFICACION Con los conocimientos adquiridos durante el desarrollo académico con apoyo de teorías de control y automatización y con el avance de la ciencia a nivel industrial o en nuestro caso a nivel domestico nos permitimos diseñar una solución alternativa que resultara de gran auxilio en el reciclado de este liquido vital con el desarrollo del sistema propuesto. Junto a esta forma de reutilización del agua, denominada incidental o fortuita, ha surgido durante las últimas décadas un enorme interés por la reutilización planificada del agua. Por reutilización planificada o directa se entiende la utilización para un nuevo empleo las aguas procedentes de un uso previo, sin mediar para ello el vertido en un cauce natural. De este modo, un agua empleada es sometida a un tratamiento que le permita alcanzar cierta calidad antes de ser enviada a otra zona para ser aprovechada de nuevo en un uso adicional. Es importante destacar que la reutilización planificada ha alcanzado un gran desarrollo no sólo en países con una escasez tradicional de recursos hídricos, sino especialmente en países con grandes recursos hidráulicos y con un elevado nivel de vida. Los altos incrementos de la demanda de agua, con frecuencia en lugares donde son escasos los recursos hídricos, han motivado a dirigirse hacia los efluentes de las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) como una fuente alternativa de recursos hídricos. Una vez sometidos a un proceso adecuado de regeneración, estos efluentes 3 son reutilizados para riego agrícola y de jardinería, para refrigeración industrial, para recuperación ambiental y para recarga de acuíferos, entre otros re‐usos. 1.4 ALCANCE Obtener el máximo aprovechamiento de aguas recuperadas por medio de un sistema que pueda reciclar la mayor cantidad de agua gris de un hogar al día, de fácil uso e instalación para una casa promedio en la República Mexicana. Se pretende proponer especificaciones para la reutilización de aguas residuales domésticas en una vivienda. La construcción de una vivienda ecológica beneficiaría tanto a la comunidad como al medio ambiente ya que se pretende aprovechar al máximo los recursos naturales, utilizando materiales adaptados a la región, implementando formas alternativas en el uso y re‐uso del recurso agua residual. Se pretende encontrar una concientización a la hora de realizar una construcción y con ello reducir el consumo de agua potable en la vivienda, ya que se reutilizaría las aguas residuales grises para el llenado de tanque de inodoro ocasionando menos consumo y gasto de agua como la medida práctica y fácilmente aplicable, que propone el presente estudio. 1.5 CONTENIDO DEL PROYECTO Se describe el contenido que integra dicho proyecto. En el desarrollo de nuestro trabajo se hace mención de una breve descripción del los sistemas y recursos que existen para el reciclado, filtración y reutilización del agua al igual que las técnicas que existen para mejorar dicha actividad. Ofreciendo un panorama general del contenido de los capítulos de este proyecto mostrando la base teórica de la cual partimos para realizar el reciclado, filtrado y automatización del sistema propuesto y nuestro propósito final con dicho trabajo a través de sus antecedentes objetivos y justificación. 4 Este estudio propone especificaciones para la reutilización de aguas residuales domésticas, con múltiples aportes a la sociedad, universidades, profesionales y ambientalistas, entre los que cabe destacar los siguientes: • Proveer de una propuesta sobre una forma alternativa de construcción de la red de abastecimiento de agua, como también de la red de conducción de agua residual en una vivienda, para la reutilización del agua y aprovechamiento del líquido vital. • Disminuir la utilización de agua potable para la alimentación del tanque del inodoro. • Reducir el aporte de contaminantes a los cursos naturales de agua, debido a la reutilización del agua residual doméstica y al tratamiento previo realizado en particular cuando la reutilización se efectúa para el riego de jardinería, debido a que las substancias orgánicas difíciles de mineralizar pueden ser degradadas biológicamente durante su infiltración a través del jardín, donde sus componentes minerales serán posteriormente asimilados por las plantas. • Aprovechamiento de los elementos nutritivos contenidos en el agua residual doméstica sobre todo para usos en riego de jardines, sobre todo en época de verano. 1.6 PROBLEMÁTICA Dos de cada tres personas en el mundo sufrirán de carencia de agua en el año 2025, a menos que se tomen medidas drásticas. Existen sitios como los hogares de México en los cuales el agua utilizada para las actividades diarias puedes ser reutilizable ya que el grado de contaminación no es tan alto lo cual nos puede permitir reciclarla. 1.7 ARGUMENTACIÓN Los sistemas recuperadores de agua brindan un tratamiento de agua primario, son en su gran mayoría dispositivos fijos. El sistema propuesto se basa en un mecanismo de filtración simple por gravedad, que elimina algunos solutos presentes en el agua que ha sido usada como son: jabones biodegradables y dispersantes como son enjuagues, cabello y polvo o tierra. La unión de jabón y enjuague crea una mezcla estable con baja espuma que es inerte en suelos no dedicados al cultivo de hortalizas y frutas, la 5 presencia de cloro en el agua de re‐usó no es significativa para los fines a los que se destina el agua recolectada, siendo de beneficio como aclarante. De la cantidad de agua que se gasta en promedio una familia de 5 miembros en vivienda de multifamiliares, el 57.3 % es susceptible de ser re‐usada. Esta agua es procedente de lavabo, regadera y lavadero, la cual contiene jabones biodegradables en su gran mayoría, mismos que no causan deterioro al medio ambiente. Otra parte importante del desperdicio de agua es la que procede del agua de lluvia, misma que es colectada en azoteas y tirada al drenaje sin un uso previo. Ésta agua procedente de las azoteas será recolectada en el tanque recuperador y depositada en la cisterna. 1.8 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Se necesita crear un control de filtración de aguas grises para poder obtener un aprovechamiento de dicho liquido, este proceso ofrece diversas soluciones para todas las necesidades que requieran cubrir los ciudadanos con los niveles y calidad exigibles por las sociedades modernas, y en su mayor parte en los hogares, haciendo más eficiente el aprovechamiento del agua y un ahorro mayor en los gastos de operación del mismo. En todo el mundo, la abundancia de reservas probadas de agua potable asegura un mínimo abastecimiento futuro, convirtiéndolo en una fuente energética con pocas expectativas. Las aguas residuales, principalmente las domésticas se pueden subdividir en aguas negras (procedentes de los inodoros, con materia fecal) y aguas grises (procedentes de lavados en general como: cocinas, lavamanos, duchas, conteniendo detergentes, restos de alimentos, materia orgánica y otros contaminantes). Debido al creciente deterioro del entorno y escasez de agua, se propone un sistema que rehúse dichas agua residuales domésticas generadas en la vivienda. 6 Por lo tanto se propone implementar un sistema de reutilización de aguas residuales doméstica, en donde el agua generada de duchas, lavamanos y lavatrastos sirvan para abastecer el tanque del inodoro y el agua generada de los inodoros sea empleada para un sistema de riego subterráneo en los jardines, todo lo anterior de forma controlada y segura. 7 SistemaAutomáticoRecuperadordeAguaPluvialyAguasGrises
CAPITULO2.‐
MARCOTEORICO
Ing. Comunicaciones y Electrónica – Control 8 2.1 DISPONIBILIDAD DE AGUA EN MEXICO México tiene una precipitación anual los 772 mm, esto lo clasifica en la categoría de los países con abundante disponibilidad de agua. Sin embargo, también tiene una alta tasa de evapo‐transpiración, la cual disminuye en forma significativa el volumen de agua disponible. La estimación de la evapo‐transpiración promedio en México, aproximadamente de 1,100 kilómetros cúbicos. De acuerdo con este balance, el volumen de agua disponible en México es del orden de 472 kilómetros cúbicos al año. Es importante resaltar que esta cantidad no solo comprende el líquido disponible para uso humano, sino también el necesario para el mantenimiento de los ecosistemas acuáticos. [11] 2.1.1 CONSUMO DE AGUA EN MÉXICO Es difícil estimar la cantidad de agua que se necesita para mantener estándares de vida aceptables o mínimos. Las diferentes fuentes de información emplean diferentes cifras para el consumo total de agua y para el uso del agua por sector económico. En general, un volumen de 20 a 40 litros de agua dulce por persona por día es el mínimo necesario para satisfacer solamente necesidades como beber y saneamiento. Si también se incluye el agua para el baño y cocina, la cifra varía entre 27 y 200 litros per cápita por día. 2.2 TIPO DE AGUA A TRATAR 2.2.1 AGUA GRIS Las aguas grises son aquellas que salen de los desagües de bañeras, lavabos, pilas de la cocina, lavavajillas o lavadoras. Estas aguas, con un tratamiento sencillo, pueden ser fácilmente reutilizadas para diversidad de usos. El más común de estos usos es empleado para rellenar las cisternas de los inodoros, que no requieren agua de gran calidad. Pero también se pueden emplear para otros usos, como el riego de zonas verdes a la limpieza de exteriores. La idea es alargar el ciclo de vida del agua todo el posible en los hogares re‐
utilizándola. Lógicamente, el sistema es más costoso de instalar en casas ya 9 construidas, pero no tanto en nuevos edificios. Solo requiere conectar los desagües de lavabos y bañeras a un deposito, donde de ahí pasaran a un proceso físico, a un filtro que impedirá el paso de partículas solidas y al ser filtrada el agua obtenida al final estar lista para ser reutilizada. El mantenimiento de todo sistema de aguas grises se limita a una revisión anual de los filtros. Esto sería un ahorro de agua considerable y sin cambiar los hábitos de vida. 2.2.2 AGUA PLUVIAL La recuperación de agua pluvial consiste en filtrar el agua de lluvia captada en una superficie determinada, generalmente el tejado o azotea, y almacenarla en un depósito. Después el agua tratada se distribuye a través de un circuito hidráulico independiente de la red de agua potable. El agua es un recurso natural cada vez más importante y escaso en nuestro entorno. Gracias a la instalación de un sistema de recuperación de agua de lluvia se puede ahorrar fácilmente hasta un 50% del consumo de agua potable. El agua de lluvia, a pesar de no ser potable, posee una gran calidad, ya que contiene una concentración muy baja de contaminantes, dada su nula manipulación. El agua pluvial es perfectamente utilizable para muchos usos domésticos en los que puede sustituir al agua potable, como en lavadoras, lavavajillas, WC y riego, todo ello con una instalación sencilla y rápidamente amortizable. 2.3 REHUSO DE AGUA Hasta este punto del presente trabajo se han tocado los temas de la disponibilidad y consumo del agua y los diferentes usos del agua, pero, existe un concepto poco manejado dentro del tema del agua y que concierne no solo a los especialistas, sino a la población en general, y es el rehúso. Este concepto se entiende como la práctica de recuperar aguas degradadas para emplearlas luego de aplicarles un tratamiento adecuado. Una vez expresado el concepto, entenderemos que pueden existir una o varias formas de lograr ese rehusó. 10 En el presente trabajo, se expondrá la manera de lograr un rehúso del agua en el hogar por un proceso de filtración. Ver Tabla 2.3.1. [13] Tabla 2.3.1.‐ Tipos de reutilización del agua residual depurada. 11 12 2.4 MATERIAL FILTRANTE 2.4.1 CARBON ACTIVADO El nombre de carbón activado se aplica a una serie de carbones porosos preparados artificialmente para que exhiban un elevado grado de porosidad y una alta superficie interna. Estas características son las responsables de sus propiedades absorbentes, que son utilizadas ampliamente en muchas aplicaciones tanto en fase gas como en fase liquida. El carbón activado es una absorbente muy versátil, por que el tamaño y la distribución de sus poros en la estructura carbonosa pueden ser controlados para satisfacer las necesidades especificas de la tecnología actual y futura. Más aun las necesidades específicas de la industria pueden ser satisfechas mediante la posibilidad de preparar estos materiales con una gran variedad de formas físicas tales como polvo, granular, extrudado, fibra e incluso telas. [11] Por otra parte, mediante la adecuada selección del precursor, el método da activación y control de las variables del proceso de fabricación, las propiedades absorbentes del producto pueden ser adaptadas para satisfacer necesidades tan diversas como la purificación de aguas potables o el control de las emisiones de gasolina en automóviles. 2.4.2 ZEOLITA NATURAL Las zeolitas son una familia de minerales aluminosilicatos cristalinos. Actualmente se conocen un aproximado de cincuenta tipos de zeolitas naturales y más de ciento cincuenta se sintetizan para aplicaciones específicas como la catálisis industrial o como carga en la fabricación de detergentes. La zeolita es el mejor sistema de filtración natural que existe para el tratamiento de agua ya que ofrece un efecto superior al de la arena o al de filtros de carbón, resultando en agua más pura con mejor productividad y requiriendo menos mantenimiento. La estructura altamente porosa de las zeolitas puede capturar partículas contaminantes de hasta cuatro micras. También pueden absorber algunos contaminantes orgánicos y olores no deseados. Resumiendo, las zeolitas naturales pueden ofrecer una mejor calidad del agua, un mantenimiento más fácil y la reducción de la cantidad de agua necesaria. Las zeolitas 13 ofrecen la utilidad necesaria para los filtros convirtiéndose así en un sistema de filtración eficiente para el siglo XXI. 2.5 MEDICION DE PUREZA EN EL AGUA La pureza del agua también puede medirse mediante distintos parámetros ya sea midiendo el pH de la solución (agua), la conductividad eléctrica de la misma etc. La conductividad eléctrica, se define como la capacidad que tienen las sales inorgánicas en solución (electrolitos ) para conducir la corriente eléctrica .El agua pura, prácticamente no conduce la corriente, sin embargo el agua con sales disueltas conduce la corriente eléctrica. Los iones cargados positiva y negativamente son los que conducen la corriente, y la cantidad conducida dependerá del número de iones presentes y de su movilidad. Todos los valores de conductividad están referidos a una temperatura de referencia de 25 ° C. Ver Tabla 2.6.1. Tabla 2.5.1.‐ Valores de conductividad de algunas muestras típicas. [13] Temperatura de la muestra 25 ° C
Conductividad, µS/cm Agua ultra pura 0.05
Agua de alimentación a calderas
1 a 5
Agua potable 50 a 100
Agua de mar 53,000
5 % NaOH 223,000
50 % NaOH 150,000
10 % HCl 700,000
32 % de HCl 700,000
31 % HNO3 865,000
14 La conductividad eléctrica es el recíproco de la resistencia a‐c en ohms, medida entre las caras opuestas de un cubo de 1.0 cm de una solución acuosa a una temperatura especificada. Esta solución se comporta como un conductor eléctrico donde se pueden aplicar las leyes físicas de la resistencia eléctrica. Las unidades de la conductividad eléctrica son el Siemens/cm (las unidades antiguas, eran los mhos/cm que son numéricamente equivalentes al S/cm). Conductividad=Conductancia de la muestra * k k = d/A k: Constante de la celda d: distancia de la separación de los electrodos A: Área de los electrodos Así, un electrodo de 1 cm de separación y con área de 1 cm de acuerdo a la sustancia a la que se le tomara la medida o prueba a su vez esta tendrá una k = 1. La resistencia Rx es la que proporciona la solución a la cual se le va a medir la conductividad. 2.6 MODELO DE REHUSO En estas circunstancias, la idea de la reutilización convierte el gasto en tratamientos en una inversión productiva, pues en lugar de desechar el agua residual, es posible retornar al proceso productivo una fracción del agua residual tratada para que sea acondicionada apropiadamente para su reutilización. Este hecho tiene un efecto benéfico desde el punto de vista del consumo de agua potable. Al re‐usar agua residual tratada, las necesidades de entrada al proceso disminuyen y, por lo tanto, también la cantidad descargada. Esto trae consigo una cadena de ahorros derivados de varios hechos: primero, por estar consumiendo menos agua del servicio municipal; segundo, por disminuir el gasto de tratamiento (generalmente proporcional al volumen de agua); tercero, por la disminución en el tamaño del tratamiento final para descarga y, por último, por la posibilidad de utilizar el agua para otros usos o usuarios (García, 1982). 15 Aunque es necesario encontrar la tecnología apropiada que alcance el nivel de eficiencia requerido, es posible, en la mayoría de los casos, encontrar esquemas de tratamiento orientados al rehúso que sean rentables, en los cuales se logren ahorros considerables por un menor consumo de agua fresca. En la medida que la tecnología avance y los precios reales del agua se incrementen con el tiempo, el esquema de reutilización se volverá cada vez más atractivo. El agua potable es a menudo un recurso escaso y susceptible de contaminación por las aguas negras (procedentes de los inodoros y cargadas con materias fecales) y grises (procedentes de cocinas y lavamanos, cargadas con detergentes y restos de alimentos y materia orgánica). La reutilización, la depuración mediante cadenas tróficas y el retorno al medio ambiente en óptimas condiciones son los principios que rigen la gestión del agua en la bioconstrucción. 2.7 PARAMETROS DE CALIDAD DEL AGUA El agua es una substancia que la industria usa en tan vastas cantidades que tanto en sus cantidades netas como en tonelajes totales, sobrepasa por mucho a todos los otros materiales. Tanto el agua de abastecimiento para la industria como las aguas residuales, contienen cierto grado de impurezas que varían de tipo y cantidad. A la unidad de medición con valores determinados, para mostrar de una manera clara las características principales de un contaminante se le denomina Parámetro. Estos parámetros que presenta un agua y con los cuales se cuantifica su utilidad. Ver Tabla 2.7.1. 16 Tabla 2.7.1.‐ Parámetros de interés en el agua residual municipal. [13] 17 La composición del agua residual viene definida por las cantidades reales de los componentes físicos, químicos y biológicos presentes en ella y puede variar según la composición del agua de cada población. Esta tabla presenta datos típicos de los constituyentes encontrados en el agua residual doméstica. Según las concentraciones de estos constituyentes, el agua residual se clasifica en alta, media o baja. Estos datos pretenden sólo servir de guía y no como base de proyecto ya que las concentraciones varían con la hora del día de la semana, el mes del año y otras condiciones locales. Ver Tabla 2.7.2. 18 Tabla 2.7.2.‐ Parámetros en el agua residual municipal sin tratar. [13] La calidad de un agua residual se determina normalmente con parámetros globales de contaminación como lo son la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) y la Demanda Química de Oxígeno (DQO). Pero estos no son los parámetros de calidad que toman mayor importancia cuando se trata de utilizar el agua residual como agua de riego sino aquellos elementos químicos que afectan al crecimiento de las plantas o a las propiedades del suelo. En este contexto el principal parámetro de calidad es el contenido de sustancias inorgánicas o minerales disueltas que, además, no experimenta una variación importante en la mayoría de procesos de tratamiento de agua residual. Algunos de los tipos de reutilización para agua depurada dentro de un hogar se muestran en la Tabla 2.7.3. 19 Tabla 2.7.3.‐ Tipos de reutilización del agua residual depurada. [13] 20 21 2.8 FILTRACIÓN La filtración es el proceso mediante el cual el agua es separada de la materia en suspensión haciéndola pasar a través de una sustancia porosa. En la práctica este material poroso es generalmente arena. Hay dos tipos de filtros de arena los de acción lenta y los de acción rápida. En los filtros lentos, el agua pasa por gravedad a través de la arena a baja velocidad, la separación de los materiales sólidos se efectúa al pasar el agua por los poros de la capa filtrante y adherirse las partículas a los granos de arena. Filtros rápidos de arena, El principal carácter distintivo estos filtros, consiste en la eliminación de partículas en suspensión, relativamente grandes por procesos físicos, durante esta operación estos sólidos son acumulados en la parte superior del medio filtrante. Es más, los filtros de arena de acción rápida requieren limpiarse mediante una operación de reflujo un tanto complicado. [1] 22 2.8.1 FILTRACIÓN LENTA CON ARENA La filtración lenta con arena fue el primer método utilizado por muchas ciudades durante el siglo XIX. Estos filtros pueden eliminar eficazmente los microorganismos que causan enfermedades transportadas por agua incluso protozoos al igual que bacterias y virus. El agua tratada mediante estos sistemas se deja pasar lentamente a través de un lecho de arena de unos dos a cuatro pies (0,6 a 1,2 metros) de profundidad. En ruta, una combinación de procesos físicos y biológicos filtra el agua y elimina los contaminantes. Después del uso repetido, la arena se vuelve portadora de una multitud de bacterias, algas, protozoos, rotíferos, copépodos, y gusanos acuáticos. Estos microorganismos ayudan al proceso de filtración mediante la eliminación de contaminantes, no obstante que pueden ser afectados por las temperaturas de agua menores que diez grados Celsius. Se dice que la arena que alberga estos organismos está “madura”, y ésta es preferible a la arena limpia o nueva. Puede ser necesario que transcurran varias semanas o meses para madurar la arena, dependiendo del contenido y la temperatura del agua. El proceso eventualmente obstruye el lecho de arena y reduce las velocidades de los flujos hasta el punto en que sea necesario eliminar las obstrucciones, típicamente mediante la inversión del flujo, o retro lavado. 2.9 DIAGRAMA DE MAQUINA DE ESTADOS Los diagramas de estados permiten describir como un sistema implementa su funcionalidad además de modelar también el comportamiento dinámico de un procedimiento, transacción o caso de uso haciendo énfasis en el proceso que se lleva a cabo. Los diagramas de estados es uno de los elementos de modelado que son mejor comprendidos por todos, ya que son herederos directos de los diagramas de flujo. La Máquina de estados algorítmica (ASM) es un método para el diseño de máquina de estados finitos. Se utiliza para representar los diagramas de circuito integrados digitales. El diagrama de ASM es como un diagrama de estado, pero menos formal y por tanto más fácil de entender. Un gráfico de ASM es un método para describir las operaciones por orden de un sistema digital. 23 Un diagrama ASM se compone de una interconexión de los tres tipos de elementos básicos: los estados, los controles condición, y salidas condicionales. Un estado de ASM, representada como un rectángulo, corresponde a un estado de un diagrama de estado regular o máquina de estados finitos. Ver Fig.‐ 2.8.1. Una condición de verificación de ASM, indicado por un diamante con una entrada y dos salidas (de verdadero y falso), se utiliza para la transferencia condicional entre dos estados o entre un Estado y una salida condicional. El cuadro de decisión contiene la expresión condición establecida para la prueba, la expresión contiene una o más entradas de las FSM. Cuadro de decisión: Un diamante indica que la expresión condición establecida es de pruebas, y la ruta de salida es a elegir en consecuencia. La expresión de condición contiene una o más entradas a las Máquinas de Estados. Caja de salida condicional: un óvalo indica las señales de salida que son de Mealy tipo. Estos resultados dependen no sólo del estado sino también las aportaciones al FSM. Fig.‐ 2.9.1 Diagrama ASM 24 SistemaAutomáticoRecuperadordeAguaPluvialyAguasGrises
CAPITULO3.‐
SISTEMA
PROPUESTO
Ing. Comunicaciones y Electrónica – Control 25 3.1 PUESTA EN MARCHA El sistema de recuperación de aguas grises y agua pluvial, está compuesto por diversos materiales y equipos. El material fue seleccionado por las características de resistencia, manejabilidad y costo no elevado. 3.2 SISTEMA PROPUESTO Sea un sistema automático capaz de tener y llevar el control del tratamiento de de aguas por medio de filtración lenta en un filtro que pueda ser controlada de acuerdo a la conductividad del fluido. Ver Fig.‐ 3.2.2 El sistema propuesto de acción lenta la cual sirve para procesar el agua jabonosa proveniente de regaderas y lavabos, como también agua recuperada de lluvia también puede procesar el agua del fregadero y lavadora pero exige un uso de detergentes de fácil y rápida biodegradación. Este equipo pretende responder a las necesidades de una familia promedio de 4 a 5 habitantes que cuentan con una red de drenaje tradicional y deseen contribuir al ahorro de este recurso, ya que considerando que el costo del agua en México no es elevado, no contribuye a un retorno de inversión inmediato, pero si a optimizar el recurso del agua ya que se puede utilizar el agua para la limpieza diaria como lavado de patios, carros, aseo del hogar o el riego de plantas y jardines. A continuación se muestra un esquema en el que se hace referencia al modelo ideal para una casa habitación. Ver Fig.‐ 3.2.1. 26 Fig.‐3.2.1 Sistema recuperador para una casa habitación Fig.‐ 3.2.2 Construcción Ideal del Filtro 27 El filtro ideal para una casa habitación tiene las siguientes aproximaciones para su construcción: Tubo de PVC de 4” de diámetro con una altura de 1 mt aprox. Las gravas y arenas que contendrá son: 1ra Capa arena de rio 1 Kg 2da Capa Zeolita natural (gravilla) 3 Kg 3ra Capa Carbón activado 1‐2 Kg (opcional) 4ta Capa base de grava como sostén Nota: las mallas pueden ser de tela convencional. En este caso se utilizaron mallas de mezclilla ESTIMACION DEL GASTO DE AGUA A TRATAR EN UNA CASA PROMEDIO Tabla 3.2.1.‐ Consideración de una vivienda con 5 habitantes. [3] Actividad Gasto total Gasto a (Litros/Hab*día) tratar(Litros/Hab*día) Ducha (15 minutos) 600
600
Lavado de ropa 150
150
Lavado de pisos 40
40
Lavado de utensilios de 250 comida y cocción de alimentos Agua pluvial Variable consumible 250 no Variable no consumible Otros usos (lavado de manos, 20 higiene bucal) 20 Total +‐ 1060
+‐ 1060
28 3.3 PROTOTIPO A ESCALA Este sistema recuperador se compone de la siguiente forma. Ver Fig.‐ 3.3.1 Filtro de malla fina para la separación de residuos provenientes del exterior. Tanque receptor de agua pluvial y agua gris con una capacidad aproximada de 15 litros. Trampa para aceites y sólidos provenientes del tanque receptor que no pudieron ser retenidos en el filtro de malla fina (opcional). Tanque/Filtro con una capacidad aproximada de 20 litros, fabricado con una botella reciclable de agua con separaciones horizontales. La primera separación contendrá arena de rio, la segunda contendrá piedra zeolita natural con un tamaño de gravilla, la tercera contendrá carbón activado de tamaño fino medio y la última capa es una base de grava como sostén de las capas anteriores. Tanque de prueba o test donde se realizara el examen y comprobar que el grado de trato en el agua sea el correcto para su re‐uso, con una capacidad aproximada de 15 litros. Válvulas de selección para que después de la prueba, se seleccione el destino del agua como la retroalimentación o el tanque contenedor de agua recuperada. Sistema de bombeo el cual consiste en una bomba de baja potencia en línea con la válvula selectora y el tanque recuperador. A continuación se tiene el cálculo aproximado de agua que procesara nuestro filtro: 1.38
10
1.38
Esta fórmula representa el estimado de agua que circula a través del filtro de acción lenta para tratar el agua. 29 Fig.‐ 3.3.1 Esquema del prototipo a construir 3.4 PROCESO DE RECUPERACIÓN DE AGUA ‐ ALGORITMO Este proceso de recuperación de agua se representa mediante el siguiente diagrama de estados. Ver Fig.‐ 3.4.1. Fig.‐3.4.1 Diagrama de estados. 30 3.4.1 EL PROCESO DE RECUPERACIÓN BAJO CONDICIONES DE CONTROL El tanque tres deberá estar vacio una vez que esta condición cumple, se envía la señal para activar M1 que es un servo el cual tiene la función de abrir la llave del tanque uno contenedor de agua gris mezclada con agua pluvial descargándola directamente sobre el filtro para limpiar el agua. Una vez lleno el tanque dos, activara un dispositivo que funcionara como un sensor enviando una señal para cerrar M1 y evitar que pase más agua, este mismo tanque será en donde se realice la prueba de conductividad pertinente y dependiendo de la muestra se activara V1 y M2 teniendo como función la retroalimentación hacia el filtro para que nuevamente haga el proceso de limpieza en el agua, esto solo es si no cumple con la condición de conductividad propuesta. Si en caso de cumplir con la condición propuesta se activara V2 y M2 con el fin de transportar el agua hacia el tanque numero tres que contendrá el agua en condiciones para su re‐uso, una vez lleno el tanque tres se enviara la señal por medio de un dispositivo para cerrar V2 y detener M2. La condición de retroalimentación hacia el filtro se realizara las veces que sea necesario hasta que se cumpla con las condiciones aptas para su re‐uso. Las condiciones de funcionamiento son las siguientes: 0 < λ < 300 mV. Agua no apta para su re‐uso. 300 < λ <1V Agua apta para su re‐uso M1‐ Servo que abrirá la llave del tanque uno. M2 ‐ Bomba de agua. V1 ‐ Válvula retro alimentadora al filtro. V2 ‐Válvula alimentadora de agua limpia. 31 3.5 PROCESO EN SIMULACION Simularemos físicamente el proceso que en cualquier hogar se podría encontrar. En el proceso utilizaremos instrumentación virtual, esta es una técnica que desde hace algunos años ha venido logrando gran popularidad dentro de las mediciones y pruebas electrónicas, impulsadas especialmente por el acelerado desarrollo de la tecnología debido a las dificultades que los instrumentos de pruebas tradicionales tienen para mantener este ritmo. La instrumentación virtual basa su funcionamiento en la adquisición mediante hardware de datos genéricos de un proceso. Esta información después es enviada a una unidad de procesamiento, como por ejemplo una computadora o un PDA, donde la información es analizada mediante hardware. Toda nuestra información de instrumentación física del proceso realizado, la mandaremos a nuestra Tarjeta de Adquisición de Datos (DAQ) posteriormente controlaremos las variables de salida del sistema propuesto. Entre las ventajas de utilizar esta técnica, destacan la flexibilidad para ajustarse a los requerimientos del usuario, ya que el usuario puede generar sus propios instrumentos virtuales, así como la reducción de costos en mantenimiento y actualización de equipo, ya que muchas veces basta con actualizar el software para ajustarse a los requerimientos de las nuevas aplicaciones. El hardware generalmente utilizado para la instrumentación virtual se conoce comúnmente como de adquisición de datos (DAQ), cuya función es acumular la información de un proceso y transformarla en datos que puedan ser reconocidos por la computadora. Dentro de los dispositivos DAQ existe una gran variedad de opciones que se ajustan a los requerimientos de las diversas aplicaciones, especialmente en cuestiones de conexión con la computadora, velocidades de muestreo y canales soportados. Una característica atractiva de estos dispositivos, es que son soportados por el popular software LabView, desarrollado por la compañía estadounidense Nacional Instruments. El software a utilizar será LabView con el propósito de esclarecer conceptos teóricos de forma práctica, completando de esta forma las explicaciones teóricas necesarias. 32 3.5.1 TARJETA DE ADQUISICION DE DATOS Esta DAQ fue seleccionada por su fácil uso, sencillez y bajo costo. Contiene 8 entradas analógicas (12 bits, 10 kS/s), 2 salidas analógicas (12 bits a 150 S/s), 12 E/S digitales; contador de 32 bits Energizado por bus para una mayor movilidad, conectividad de señal integrada, es completamente compatible con LabView. Ver Fig.‐ 3.5.1.1. Fig.‐ 3.5.1.1 Tarjeta de adquisición de datos (cortesía de National Instruments) 3.5.2 USO DE LABVIEW LabView es una herramienta gráfica para pruebas, control y diseño mediante la programación. El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que es lenguaje Gráfico. Los programas desarrollados con LabView se llaman Instrumentos Virtuales, o VI, y su origen provenía del control de instrumentos, aunque hoy en día se ha expandido ampliamente no sólo al control de todo tipo de electrónica (Instrumentación electrónica) sino también a su programación embebida. Un lema tradicional de LabView es: "La potencia está en el Software", que con la aparición de los sistemas multinúcleo se ha hecho aún más patente. Entre sus objetivos están el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo (no sólo en ámbitos de Pruebas, 33 Control y Diseño) y el permitir la entrada a la informática a profesionales de cualquier otro campo. LabView consigue combinarse con todo tipo de software y hardware, tanto del propio fabricante ‐tarjetas de adquisición de datos, PAC, Visión, instrumentos y otro Hardware‐ como de otros fabricantes. 3.6 PRINCIPALES USOS Y CARACTERISTICAS Es usado principalmente por ingenieros y científicos para tareas como: Adquisición de datos y análisis matemático Comunicación y control de instrumentos de cualquier fabricante Automatización industrial y programación de PAC (Controlador de Automatización Programable) Diseño de controladores: simulación, prototipaje rápido, hardware‐en‐el‐ciclo (HIL) y validación Diseño embebido de micros y chips Control y supervisión de procesos Visión artificial y control de movimiento Robótica Domótica y redes de sensores inalámbricos Su principal característica es la facilidad de uso, válido para programadores profesionales como para personas con pocos conocimientos en programación pueden hacer (programas) relativamente complejos, imposibles para ellos de hacer con lenguajes tradicionales. También es muy rápido hacer programas con LabView y cualquier programador, por experimentado que sea, puede beneficiarse de él. Los programas en LabView son llamados instrumentos virtuales (VI) Para los amantes de lo complejo, con LabView pueden crearse programas de miles de VI (equivalente a millones de páginas de código texto) para aplicaciones complejas, programas de automatizaciones de decenas de miles de puntos de entradas/salidas, proyectos para combinar nuevos VI con VI ya creados, etc. Incluso existen buenas prácticas de programación para optimizar el rendimiento y la calidad de la programación. El labView 7.0 introduce un nuevo tipo de sub VI llamado VI Expreso (Express VI). Estos son VI interactivos que tienen una configuración de caja de diálogo que permite al usuario personalizar la funcionalidad del VI Expreso. El VI estándar son VI modulares y personalizables mediante cableado y funciones que son elementos fundamentales de operación de LabView. 34 Presenta facilidades para el manejo de: Interfaces de comunicaciones Puerto serie Puerto paralelo GPIB PXI VXI TCP/IP, UDP, Data Socket IRDA Bluetooth USB OPC. Capacidad de interactuar con otros lenguajes y aplicaciones: DLL: librerías de funciones .NET ActiveX Multisim Matlab/Simulink AutoCAD, Solid Works, etc… Herramientas gráficas y textuales para el procesado digital de señales. Visualización y manejo de gráficas con datos dinámicos. Adquisición y tratamiento de imágenes. Control de movimiento. Tiempo Real estrictamente hablando. Programación de FPGA para control o validación y Sincronización entre dispositivos. 35 SistemaAutomáticoRecuperadordeAguaPluvialyAguasGrises
CAPITULO4.‐
IMPLEMENTACION
Ing. Comunicaciones y Electrónica – Control 36 4.1 COMPONENTES DEL PROCESO 4.1.1 ELECTROVÁLVULAS Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería. La válvula está controlada por una corriente eléctrica a través de una bobina solenoide. Estas electroválvulas se utilizaran para la circulación de agua hacia donde se quiere depositar el líquido ya sea hacia la retroalimentación o al tanque recuperador de agua limpia. Ver Fig.‐ 4.1 Fig.‐4.1 ELECTROVALVULA 4.1.2 CLASES Y FUNCIONAMIENTO Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula. Las electroválvulas pueden ser cerradas en reposo o normalmente cerradas lo cual quiere decir que cuando falla la alimentación eléctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo abiertas en reposo o normalmente abiertas que quedan abiertas cuando no hay alimentación. 37 4.2 SERVOS Un servomotor es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Ver Fig.‐ 4.2 Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y en robótica, pero su uso no está limitado a estos. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos. Fig.‐4.2 Servo montado 4.2.1 USO DEL PUENTE COMO INVERSOR DE GIRO Un Puente H o Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos. Fig.‐4.2.1 Puente H 38 4.3 PARTE FISICA El modelo que se propuso construir una vez en marcha y de acuerdo al acomodo de los tanques y de los componentes de el cual está compuesto y se hace mención anteriormente para poder realizar el proceso de recuperación tomo la forma que aparece en la fotografía siguiente. Ver Fig.‐ 4.3 Fig.‐4.3 Diseño montado 4.4 CIRCUITERIA USADA Fig.‐4.4.1 Esquema para activar válvula 1 retro 39 Fig.‐ 4.4.2 Esquema para activar válvula 2 agua limpia 4.5 CONSTRUCCION DEL PROYECTO Fig.‐ 4.5.1 Construcción del filtro de arenas 40 Fig.4.5.2 Filtro terminado Fig.‐4.5.3 Tanque receptor 41 Fig.‐4.5.4 Tanque de prueba Fig.‐4.5.5 Tanque receptor de agua tratada Fig.‐4.5.6 Circuitos polarizadores para activación de válvulas 42 Fig.‐4.5.7 Colocación de la fuente de alimentación Fig.‐4.5.8 Estructura del proyecto 43 4.6 Mantenimiento del Equipo El mantenimiento regular es muy importante para asegurar que el agua de lluvia tenga buena calidad para su uso en el hogar. Un riesgo grande de contaminación del tanque viene de los excrementos de aves y otros animales. Otro problema potencial es la presencia de contaminantes en el techo y en el aire que podrían disolverse en el agua. Para evitar algunos de estos problemas, se deben llevar a cabo las siguientes Actividades: Revisar, cuando menos semanalmente, el techo y los canales para quitar basura, hojas etc. Evitar que haya vegetación que cuelgue arriba del techo, como ocurre con árboles grandes. Drenar el tanque, al menos cada dos años, para remover el sedimento. Evitar almacenar las primeras lluvias, pues éstas son las más cargadas de contaminantes provenientes del aire. Los hogares urbanos normalmente tienen acceso a las redes de distribución de aguas municipales y el agua de lluvia podría ser usada para disminuir el consumo de agua potable durante la época de lluvias y así reducir la carga sobre las redes de distribución. 4.7 PRUEBAS CON LABVIEW En nuestro software de instrumentación virtual realizamos pruebas para el funcionamiento de nuestro sistema de retroalimentación la cual se realizó por pequeños bloques, esto mediante el programa simulador de LabView. 44 Fig.‐4.7.1 Estado 0. Arranque del proceso, se encuentran apagados los componentes Fig.‐4.7.2 Estado 1. Si no se detecta agua en el tanque de agua limpia, se envía el pulso para abrir el servo (M1) y permitir al paso de agua, pasando de inmediato al estado 2 45 Fig.‐4.7.3 Estado 2 True. En este estado se realiza la prueba de conductividad si cumple con las condiciones (true) pasara directamente al estado 5 (fin de proceso) de recuperación de agua limpia, activando la bomba (M2) y la electroválvula para recuperación (V2), en caso de no cumplir con la condición (false) pasara el estado 3 Fig.‐4.7.4 Estado 2 False. En esta parte si no se cumple con la condición (false) se cambiara al estado 3 para que se retroalimente al filtro 46 Fig.‐4.7.5 Estado 3. En esta parte se manda la orden de activar la bomba (M2) y la electroválvula de retroalimentación (V1) cierto tiempo Fig.‐4.7.6 Estado 4 False. Segunda prueba de condición de comparación, si no se cumple con la condición (false) regresando al estado 3 para volver a filtrar el agua 47 Fig.‐4.7.7 Estado 4 True. En caso de cumplir con la condición (true) esta pasara directamente al caso 5 (fin de proceso) de recuperación de agua limpia Fig.‐4.7.8 Estado 5 True. En este estado se mandara un pulso de la DAQ y activar la bomba (M2) y la electroválvula de recuperación (V2), si cumple con la condición (true) activando la bomba (M2) y la electroválvula de recuperación (V2) durante cierto tiempo 48 Fig.‐4.7.9 Estado 5 False. En este caso si la condición no cumple se quedara en este mismo estado sin avanzar Fig.‐4.7.10 Simulación para activar el servo (M1) y abrir la compuerta durante tres segundos 49 Fig.‐4.7.11 Simulación para activar el servo (V1) y cerrar la compuerta Fig.‐4.7.12 Simulación para activar la bomba (M2) 50 Fig.‐4.7.13 Simulación para activar las electroválvulas de recuperación como de retroalimentación Fig.‐4.7.14 Aquí el sistema está en busca de una señal de conductividad para poder analizarla y arrancar la siguiente parte del proceso 51 Fig.‐4.7.15 En esta parte de la prueba ha detectado una señal de conductividad no aceptada, por lo tanto el sistema arrancara la parte del proceso de retroalimentación Fig.‐4.7.16 En esta parte la prueba detecto una conductividad aceptable para nuestro proceso por lo cual enciende nuestra parte de llenado del tanque de almacenaje 52 SistemaAutomáticoRecuperadordeAguaPluvialyAguasGrises
CAPITULO5.‐
DISEÑO
Y
MEJORAS
DEL
PROYECTO
Ing. Comunicaciones y Electrónica – Control 53 5.1 FORMA REAL Desde el comienzo de la elaboración del trabajo se planeo hacerlo de forma real, pero debido al costeo monetario y para hacerlo mas practico y de forma rápida en su construcción se pensó en hacerlo en una forma más compacta y así poder crearlo dentro de las instalaciones de la escuela, el esquema de cómo se planeaba la construcción es la siguiente. Ver Fig.‐ 5.1. Fig.‐5.1 Esquema real del sistema 54 5.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS El agua de lluvia puede ayudar a los hogares a ser autosuficientes en zonas en las que no hay conexión a las redes municipales y, así, contribuir al ahorro del vital líquido y disminuir la demanda sobre el suministro público. Utilizar agua de lluvia en zonas urbanas: Reduce la necesidad de construir nuevas presas. Protege el flujo de los ríos, pues disminuye la necesidad de extraer aguas de fuentes naturales durante la época de lluvias. Reduce los costos de operación y mantenimiento de las redes municipales. DESVENTAJAS Los sistemas de recolección de agua de lluvia son costosos y en México, por las bajas tarifas que tiene el agua potable, es difícil recuperar la inversión en un corto plazo. Algunas de las desventajas más importantes son: Estos sistemas requieren de mucho mantenimiento. Hay que conservar limpio el techo y los canales. La falta de mantenimiento de los sistemas genera riesgos sanitarios. La temporada de lluvias normalmente se limita a unos meses, por lo que se necesita otra fuente de agua para el resto del año, a menos de que se tenga gran capacidad de captura y almacenamiento. En general, el agua de lluvia, especialmente en zonas urbanas, no es potable sin un tratamiento previo y carece de la calidad suficiente para el consumo humano. Se necesita espacio suficiente para el tanque. Para uso doméstico, el tamaño de éste va desde 400 litros cuando el agua se va a usar solamente en el jardín, hasta 5,000 litros si se va a utilizar en toda la casa durante la época de lluvias. Para ser autosuficientes sólo con agua de lluvia durante todo el año, se necesitan tanques con capacidades desde 50,000 hasta 100,000 litros y esto sólo es viable si se cuenta con un área suficiente de techo para colectar esta cantidad. 55 5.3 CONTROL POR MONITOREO A este proyecto se le puede proponer un sistema de control a distancia, que es lo mismo que un sistema de control, solo con la gran variante de que para controlarlo no necesitaremos estar presentes en el lugar donde se encuentra el sistema, ya que debido a que éste va a estar conectado por medio de internet se podrá controlar desde cualquier parte del mundo donde se tenga acceso al sistema. Eso no quiere decir que vaya a ser un sistema de control más sencillo y con menor precisión sino que será un sistema de control igual de robusto con la misma eficaz y seguro que cualquier otro sistema de control el cual se tenga que monitorear y operar presencialmente con la facilidad de apagar el sistema eléctrico para evitar consecuencias. Teniendo como meta los siguientes tres puntos: El objetivo: Implementar un sistema de monitoreo y control remoto por Internet que sea capaz de visualizar las variables intervinientes en el proceso de pasterización de leche y generar gráficos del comportamiento de las variables a través del tiempo. La Solución: Para lograr esta meta se debe procurar un desarrollo en dos ambientes distintos: un ambiente Windows™ para correr como un aplicativo en una PC de propósito general, con acceso a Internet; y un segundo ambiente Web que pueda ser accedido desde cualquier browser. Resumen: Se analiza a línea de recuperación de agua gris que está conformada por los siguientes procesos: recepción, recuperación, almacenamiento, filtración, re‐ filtración. Los procesos de control actuales utilizan PCs de alta performance, software diseñado para tal fin de alto costo, placas de adquisición de datos, PLC, redes de comunicación, etc. Este proyecto logra agregar un nuevo eslabón a la cadena de control extendiéndola fuera del hogar, utilizando nuevas tecnologías de acceso masivo. 56 CONCLUSIONES En un principio se comenzó con la idea de una planta industrial que se dedicara a la recuperación de agua pluvial y aguas grises, pero debido a la complejidad, robustez y variables de dicho proyecto se cambio a la idea de proponer un sistema menos robusto y con menor complejidad, pero que tuviera la misma finalidad apoyando la causa que actualmente representa un serio problema para nuestra sociedad y que es la escasez de agua, que año con año se irá agravando debido a la sobrepoblación existente en los últimos años. Nuestra propuesta tiene como finalidad apoyar a las zonas que se encuentran con el problema de la escasez de agua y que por lo tanto se ven privados de tal servicio. El diseño del prototipo realizado en este proyecto puede tener mejoras y avances tecnológicos más sencillos de utilizar y con menor valor económico en un futuro. El prototipo del sistema automático recuperador de agua pluvial y aguas grises fue realizado y se tuvieron las siguientes observaciones: Las principales desventajas observadas en el prototipo del sistema automático recuperador de agua pluvial y aguas grises son principalmente los costos de fabricación. Se pueden hacer mejoras reemplazando elementos que tienen la misma efectividad y con un precio menor. En nuestro bloque de adquisición de datos utilizamos una DAQ o tarjeta de adquisición de datos con la que facilitamos el trabajo, está a su vez se puede reemplazar por un micro controlador y realizar su programación en lenguaje ensamblador ó con lenguaje C. Otro problema económico que se presentaría con la DAQ y el software que utilizan, son las licencias para poder utilizar el producto de la marca ya que son caras y se necesita de una constante actualización tanto en hardware como en software. El acto de construir, de edificar genera un impacto en el ambiente. Persigue minimizar en lo posible el impacto y crear un desarrollo sostenible para que no agote el recurso de agua sino que sea generador y regulador de los recursos empleados. En ocasiones se usan recursos de alta calidad (agua potable) para desarrollar servicios que no exigen tal calidad (en este caso, como punto principal de análisis, el llenado de tanque de inodoro), por lo que esto afecta el consumo y gasto de agua. 57 La inversión para la implementación del sistema de rehúso del agua residual doméstica, es de bajo costo debido a que el sistema de reutilización puede adaptarse al sistema existente. En un sistema de reutilización de aguas se puede utilizar la tubería existente del inodoro, pero es necesario corregir la tubería y desviar el agua residual al depósito acumulador para poder abastecer desde este tanque nuevamente al inodoro. En época de lluvia es necesario regar con el agua residual un máximo de dos veces por semana, para no ocasionar un sobre riego y a la vez permitir que el agua de lluvia se mezcle con el agua residual utilizada en el jardín. El presente estudio es viable debido a que se tendría un ahorro de agua potable en la vivienda, ya que se reutilizaría las aguas residuales grises para realizar actividades donde no se requiera una alta calidad de agua, como lo es el llenado de los tanques de inodoros de forma controlada segura, y a la vez es factible ya que puede adaptarse al sistema existente. 58 BIBLIOGRAFIA: [1] Aguas Residuales Urbanas. Segunda Edición Tratamientos Naturales de Bajo Costo y Aprovechamiento. Mariano Seoanez Calvo [2] Datasheet, bhttp://www.datasheetcatalog.com [3] Depuración y Reutilización de Aguas Grises. Ecoaigua .Manuscrito Inédito. Organización Mediterránea. Barcelona. (En red).Disponible en: www.ecoaigua.com/3.html [4] Electrónica Industrial. Dispositivos y Sistemas. Maloney J. Timothy. Prentice Hall Hispanoamericana. [5] Guía para el Manejo de Excretas y Aguas Residuales. Salazar, D. Municipales. Manuscrito Inédito, PROARCA / SIGMA. Guatemala: Edita [6] Ingeniería de Control Moderna. Segunda Edición, Katsuhiko Ogata. Prentice Hall. [7] Ingeniería Sanitaria. Segunda Edición, Tratamiento, evaluación y reutilización de aguas. Metcalf and EDRY. [8] Ingeniería Sanitaria. Agua Residual. Metcalf, A. y Eddy, J. Municipal. En red). Disponible en: www.mie.esab.upc.es/arr/T18E.htm [9] Instrumentación Industrial. Sexta Edición. Antonio Creus Solé. Alfaomega Marcombo. [10] Introducción al Análisis de Circuitos. Decima Edición. Boylestat. Prentice Hall. [11] Recuperación de Agua por Medio de un Biodigestor de Grasas. Tesis de Titulación, Franco Rocha Gutiérrez. IPN ESIQUIE. 2004. [12]Sistemas de Control Automático. Séptima edición. Benjamin C. Kuo. Prentice Hall. [13] Uso, rehúso y reciclaje del agua residual en una vivienda. Tesis de titulación, Patricia Jamilette Kestler Rojas. Universidad Rafael Landivar. Facultad de Ingeniería Civil Administrativa, 2004. 59 GLOSARIO DE TERMINOS. Agua potable: Se denomina agua potable o agua para consumo humano, al agua que puede ser consumida sin restricción. Agua gris: Las aguas grises se distinguen de las aguas cloacales contaminada con desechos del retrete, llamadas aguas negras, porque no contienen bacterias Escherichia coli. Agua pluvial: El agua pluvial es un fenómeno atmosférico de tipo acuático que se inicia con la condensación del vapor de agua contenido en las nubes. Agua residuales: El término agua residual define un tipo de agua que está contaminada con sustancias fecales y orina, procedentes de desechos orgánicos humanos o animales. Su importancia es tal que requiere sistemas de canalización, tratamiento y desalojo Aclarantes: Los aclarantes para agua están efectuados a base de polímeros sintéticos que son productos inocuos e inofensivos para la salud de las personas, no afectan el PH del agua y no se interponen en la limpieza y los tratamientos para agua Bus: En arquitectura de computadores, el bus es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre computadoras. Bacterias: Son microorganismos unicelulares que presentan un tamaño de algunos micrómetros de largo (entre 0,5 y 5 μm, por lo general) y diversas formas incluyendo esferas (cocos), barras (bacilos) y hélices (espirilos). Conectividad: Es la capacidad de un dispositivo PC, periférico, PDA, móvil, robot, electrodoméstico, coche, de poder ser conectado generalmente a un PC u otro dispositivo sin la necesidad de un ordenador, es decir en forma autónoma. Controlador: Llamado normalmente controlador (device driver) es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar con un periférico. Corriente o intensidad eléctrica: Es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. Contaminantes: Los Contaminantes son un conjunto de compuestos orgánicos fabricado artificialmente por el hombre muy tóxicos, que tiene un tiempo de persistencia en el ambiente muy largo. Al ser un compuesto artificial, las bacterias y demás organismos no pueden descomponerlo y degradarlos fácilmente. 60 Dispersante: Un dispersante es un aditivo que se utiliza para lograr que un soluto tenga distribución y dispersión en un solvente. Evapotranspiración: Se define como la pérdida de humedad de una superficie por evaporación directa junto con la pérdida de agua por transpiración de la vegetación. Se expresa en mm por unidad de tiempo. Electrólitos: Es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se comportan como un medio conductor eléctrico. Debido a que generalmente consisten de iones en solución, los electrólitos también son conocidos como soluciones iónicas, pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos. Electrodo: Un electrodo es una placa de membrana rugosa de metal, un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón), etc. Fluido: Un fluido es una sustancia o medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta. Filtración: Se denomina filtración al proceso de separación de sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido. Iones: Un ion, también escrito ión, es una partícula cargada eléctricamente constituida por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutra. PH: El pH o Potencial de hidrógeno es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias. Reutilizar: Es la acción de volver a utilizar los bienes o productos. La utilidad puede venir para el usuario mediante una acción de mejora o restauración, o sin modificar el producto si es útil para un nuevo usuario. Protozoos: También llamados protozoarios, son organismos microscópicos, unicelulares eucarióticos que viven en ambientes húmedos o directamente en medios acuáticos, ya sean aguas saladas o aguas dulces. Virus: Es una entidad infecciosa microscópica que sólo puede multiplicarse dentro de las células de otros organismos. Los virus infectan todos los tipos de organismos, desde animales y plantas hasta bacterias y arqueas. 61 ANEXOS: 62 63 ++
64 65 66 67 E/S Digital USB (Cortesía de National Instruments)
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Conectividad USB plugo and playa para un fácil montaje Conectividad directa de terminal de tornillo opcional Alimentación en batería opcional 96 líneas (5 V/TTL) de E/S estática en puertos de 8 bits Los dispositivos USB de E/S digitales de National Instruments brindan características
superiores para adquisición de datos, prueba y control industrial. Ofrecen E/S digitales paralelas de 96 bits divididas en cuatro interfaces periféricas
programables de 24 bits (Papis). Cada PPI puede ser dividida después en tres puertos
de 8 bits. Al usar el software NI‐DAQ, usted puede escoger la operación de los
dispositivos en modo unidireccional o bidireccional y protocolo de sincronización con
equipo periférico. Él NI DAQPad‐6507 difiere del DAQPad‐6508 en que tiene
terminales de tornillo integradas en lugar del conector de terminación masiva de 100
pines. Dispositivos de E/S Digital USB (96 líneas de E/S digital 5 V/TTL):
NI DAQPad‐6508 (terminación masiva)
NI DAQPad‐6507 (terminal de tornillo)
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