DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN MDULO PARA EL REGISTRO Y TRANSMISIN DE DATOS DE CONSUMO DE AGUA UTILIZANDO RADIO FRECUENCIA

CESAR ALBERTO NOREA FLOREZ cesar-noregna@hotmail.com CARLOS ALFREDO CRUZ REY cruzcaliche@hotmail.com NELLY BELTRN CULLAR tita_247@hotmail.com

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERA MECATRNICA ANTEPROYECTO DE GRADO BOGOT D.C. 2010

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DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN MDULO PARA EL REGISTRO Y TRANSMISIN DE DATOS DE CONSUMO DE AGUA UTILIZANDO RADIO FRECUENCIA

CESAR ALBERTO NOREA FLOREZ cesar-noregna@hotmail.com CARLOS ALFREDO CRUZ REY cruzcaliche@hotmail.com NELLY BELTRN CULLAR tita_247@hotmail.com

ANTEPROYECTO

Asesor Pedro Nel Martnez Henao

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERA MECATRNICA ANTEPROYECTO DE GRADO BOGOT D.C. 2010

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Nota de aceptacin:

Firma del presidente del jurado

Firma del jurado

Firma del jurado

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Bogot D.C, 28 de Septiembre de 2010 CONTENIDO

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INTRODUCCIN ......................................................................................................................................... 12 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................................................................... 13 1.1 ANTECEDENTES .................................................................................................................................... 13 1.2 DESCRIPCIN Y FORMULACIN ........................................................................................................... 15 1.3 JUSTIFICACIN ..................................................................................................................................... 15 1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN ........................................................................................................ 16 1.4.1 Objetivos Generales .......................................................................................................................... 16 1.4.2 Objetivos Especficos ......................................................................................................................... 16 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO ......................................................................................... 16 1.5.1 Limitaciones ...................................................................................................................................... 16 1.5.2 Alcances ............................................................................................................................................ 17 2. MARCO DE REFERENCIA......................................................................................................................... 18 2.1 MARCO TERICO-CONCEPTUAL ........................................................................................................... 18 2.1.1 Caudalmetro .................................................................................................................................... 18 2.1.1.1 Mecnico de molino ....................................................................................................................... 18 2.1.1.2 Electrnicos de molino ................................................................................................................... 18 2.1.2 Medidores de desplazamiento positivo o volumtrico ...................................................................... 18 2.1.2.1 Medidor de pistn oscilante ........................................................................................................... 19 2.1.2.2 Medidor de paletas deslizantes ...................................................................................................... 19 2.1.2.3 Medidor de rueda oval ................................................................................................................... 20 2.1.3 Seleccin del de medidor adecuado .................................................................................................. 20

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2.1.3.1 Vida til del medidor y precio ........................................................................................................ 20 2.1.3.2 La calidad del agua ......................................................................................................................... 20 2.1.3.3 Posicin de la instalacin ............................................................................................................... 20 2.1.4 Registro ............................................................................................................................................. 21 2.1.5 Contadores digitales.......................................................................................................................... 21 2.1.5.1 Empleando FLIP-FLOPS JK .............................................................................................................. 21 2.1.5.2 Contadores con microcontroladores .............................................................................................. 23 2.1.6 Redes informticas ............................................................................................................................ 24 2.1.6.1 Tipos de redes ................................................................................................................................ 24 2.1.6.2 Medio fsico de conexin................................................................................................................ 25 2.1.6.2.1 Cables de cobre ........................................................................................................................... 25 2.1.6.2.1.1 Coaxial...................................................................................................................................... 25 2.1.6.2.1.2 Par trenzado ............................................................................................................................. 26 2.1.6.2.1.2.1 Sin apantallamiento UTP (Unshield Twisted Pair) .................................................................. 26 2.1.6.2.1.2.2 Con apantallado STP (Shielded Twisted Pair) ........................................................................ 26 2.1.6.2.1.3 Fibra ptica .............................................................................................................................. 26 2.1.6.2.1.4 Radio frecuencia ....................................................................................................................... 27 2.1.6.2.1.4.1 ZigBee.................................................................................................................................... 27 2.1.6.2.1.4.2 GSM....................................................................................................................................... 27 2.1.6.2.1.5 Luz ............................................................................................................................................ 27 2.1.6.3 Protocolos de bajo nivel ................................................................................................................. 27 2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO ............................................................................................................. 28 2.2.1 Artculo 71 de la Constitucin Poltica Colombiana ........................................................................... 28 2.2.2 Ley 142 de 1994................................................................................................................................. 28 2.2.2.1 Artculo 2o. Intervencin del estado en los servicios pblicos ........................................................ 28 2.2.2.2 Artculo 3o. Instrumentos de la intervencin estatal ...................................................................... 29

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2.2.2.3 Artculo 8o. Competencia de la nacin para la prestacin de los servicios pblicos ........................ 29 2.2.2.4 Artculo 9o. Derecho de los usuarios .............................................................................................. 29 2.2.2.5 Artculo 11. Funcin social de la propiedad en las entidades prestadoras de S.P. ........................... 29 2.2.2.6 Artculo 14. Definiciones ................................................................................................................ 29 2.2.2.7 Artculo 28. Redes .......................................................................................................................... 30 2.2.2.8 Artculo 135. De la propiedad de las conexiones domiciliarias........................................................ 30 2.2.2.9 Artculo 136. Concepto de falla en la prestacin del servicio .......................................................... 30 2.2.2.10 Artculo 144. De los medidores individuales ................................................................................. 30 2.2.2.11 Artculo 145. Control sobre el funcionamiento de los medidores ................................................. 30 2.2.2.12 Artculo 146. La medicin del consumo, y el precio en el contrato ............................................... 31 2.2.2.13 Artculo 149. De la revisin previa ................................................................................................ 31 2.2.3 Ley 72 de 1989 .................................................................................................................................. 31 2.2.3.1 Articulo 1o...................................................................................................................................... 31 2.2.3.2 Articulo 2o...................................................................................................................................... 31 2.2.3.3 Articulo 3o...................................................................................................................................... 31 2.2.3.4 Articulo 4o...................................................................................................................................... 31 2.2.3.5 Articulo 5o...................................................................................................................................... 31 2.2.3.6 Articulo 6o...................................................................................................................................... 32 2.2.3.7 Articulo 8o...................................................................................................................................... 32 2.2.3.8 Articulo 10o .................................................................................................................................... 32 2.2.4 Norma Tcnica Colombiana 1063-3 ................................................................................................... 32 2.2.4.1 Parte 1............................................................................................................................................ 32 2.2.4.2 Parte 2............................................................................................................................................ 32 2.2.5 Gua Tcnica Colombiana 170............................................................................................................ 32 3 METODOLOGA ....................................................................................................................................... 33

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3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIN ......................................................................................................... 33 3.2 LNEA DE INVESTIGACIN..................................................................................................................... 33 3.3 TCNICAS DE RECOLECCIN DE INFORMACIN .................................................................................... 34 3.3.1 Softwares simuladores de circuitos .................................................................................................. 34 3.3.2 Softwares diseadores de circuitos .................................................................................................. 34 3.3.3 Medidor mecnico (sin especificaciones tcnicas al momento) ......................................................... 34 3.3.4 Entrevista a expertos......................................................................................................................... 34 3.3.5 Libros de informacin referente al proyecto ..................................................................................... 34 3.3.6 Visitas tcnicas .................................................................................................................................. 34 3.3.7 Experimentacin ............................................................................................................................... 34 3.4 POBLACIN Y MUESTRA....................................................................................................................... 34 3.5 HIPTESIS ............................................................................................................................................ 34 3.6 VARIABLES ........................................................................................................................................... 35 3.6.1 Variables Independientes .................................................................................................................. 35 3.6.2 Variables Dependientes .................................................................................................................... 35 4 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ............................................................................................................ 36 5 RECURSOS Y PRESUPUESTO .................................................................................................................... 37 5.1 GASTOS ECONMICOS ........................................................................................................................ 37 5.2 TALENTO HUMANO .............................................................................................................................. 37

BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................................ 38

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LISTA DE TABLAS

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Tabla 1 Tabla 2 Tabla 3 Tabla 4

22 23 36 37

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8 Figura 9 Figura 10 Figura 11 Figura 12 Figura 13 Figura 14 Figura 15 Figura 16 Figura 17 Figura 18 Figura 19 Figura 20 Figura 21 Figura 22

13 14 14 15 18 18 19 19 20 21 21 22 22 22 23 23 24 25 25 25 26 26

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Figura 23 Figura 24

26 33

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GLOSARIO

AM: onda de amplitud modulada que comprende la banda de frecuencias de radio entre 530 y 1600 kHz. CAUDAL: cantidad de un lquido o un gas que fluye en un determinado lugar por unidad de tiempo. CONTADOR ELECTRONICO: dispositivo digital que almacena un nmero y lo aumenta o disminuye en respuesta a una seal de entrada. CONTADOR O MEDIDOR MECNICO: mecanismo o sistema que indica el resultado de una sucesin numrica o del paso de un fluido. EMISOR: aparato productor de las ondas hercianas emitidas por la estacin de origen. FM: modulacin angular que transmite informacin a travs de una onda portadora variando su frecuencia. GSM: el Sistema Global para las Comunicaciones Mviles es un sistema que emplea comunicacin por mediante telfonos mviles incorporando tecnologa digital, lo que permite que sus usuarios puedan hacer, enviar y recibir mensajes por e-mail, faxes, navegar por Internet, entre otras tantas aplicaciones. HUMEDAD: agua de que est impregnado un cuerpo o que, vaporizada, se mezcla con el aire. INALMBRICO: dicho de un sistema de comunicacin elctrica, es decir, sin alambres conductores. PULSO: variacin corta e intensa del valor de una magnitud. RECEPTOR: dicho de un aparato que sirve para recibir las seales elctricas, telegrficas o telefnicas. RED: conjunto de ordenadores o de dispositivos conectados entre s que pueden intercambiar informacin. SEAL ANLOGA: La que reproduce el valor de la magnitud que se desea transmitir. VOLTAJE: cantidad de voltios que actan en un aparato o sistema elctrico. Wi-Fi: tecnologas de comunicacin inalmbrica mediante ondas. ZigBee: conjunto de protocolos de alto nivel, que se emplea para la baja transmisin de datos con buena seguridad de comunicacin. Sus principales caractersticas son su bajo consumo, su topologa en malla (tambin tipo estrella o rbol), su versatilidad en la fabricacin e integracin de nodos y su sencillez y precio de instalacin respecto a otros WPAN.

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INTRODUCCIN

Actualmente y a nivel nacional, las empresas de acueducto hacen la lectura del consumo de agua en las viviendas o en cualquier lugar donde se preste el servicio por medio de una persona encargada quien debe ir punto por punto haciendo la lectura de los consumos reflejados en un contador, abriendo as una posibilidad de errores en la transcripcin o incluso fraude. Estas empresas deben asegurar la fiabilidad de los datos de consumo, pues estos representan dinero y la confianza del consumidor hacia la entidad. Adems, cualquier error en la facturacin puede causar incomodidades para el usuario y la empresa, o inclusive podra llegar a tener efectos legales.

Para contribuir con el desarrollo y la optimizacin de los procesos actuales de registro mencionados con anterioridad, se ha propuesto la fabricacin de mdulos acoplables a los contadores convencionales, que se podrn unir a una red de bajo nivel para centralizar dichos datos y luego ser transmitidos inalmbricamente hasta la oficina central de facturacin.

Estos estaran inicialmente instalados en los contadores de edificios o conjuntos residenciales, en los cuales, por lo general se encuentran situados en un slo punto para facilitar la lectura; y estarn interconectados por medio de una red hacia un mdulo central en el que se recolectarn los datos provenientes de todos los contadores. Una vez almacenados los datos en el mdulo central se realiza el envo inalmbrico de dicha informacin.

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1.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES (ESTADO DEL ARTE) En la actualidad, a pesar de los constante avances tecnolgicos en cuanto control y registro de datos a distancia, empresas, como las de acueducto, a nivel nacional continan la prestacin de dicho servicio pblico realizando la lectura del registro de forma manual, aspecto que involucra personal y tiempo, lo cual se traduce en una alta posibilidad de errores en el control de consumo y facturacin. Por ello, se ha decidido trabajar en el diseo y construccin de un sistema de lectura autnomo, con el objetivo de obtener un registro de contadores a distancia. Para ello, se hace necesario tener presente trabajos efectuados en este mbito como es el caso de la empresa Orange y Aguas de Valencia, las cuales segn Europa Press1, se han agrupado con el objetivo de realizar una prueba durante un transcurso de 4 meses, en los que se ejercer un control y monitoreo remoto del estado de 3000 contadores ubicados en la regin espaola de Valencia, para verificar la eficiencia del servicio. Del mismo modo, empresas de carcter internacional han puesto a disposicin de las empresas prestadoras de servicios pblicos, dispositivos que permiten automatizar este proceso con el objetivo de mejorar la prestacin del mismo. A modo de ejemplo, se tiene la empresa Kamstrup, la cual, distribuye sistemas que hacen posible un monitoreo a distancia (ver figura 1) a travs de un modem, LON, M-bus o wireless. Segn la empresa nombrada: instalando un modulo de comunicacin en un contador elctrico, trmico de gas o agua es posible actualizar una instalacin individual o una lnea completa de contadores rpida y fcilmente con la lectura de distancia2.

Figura 1. Contador de impulso Kamstrup.

Una segunda entidad prestadora de dicho servicio es Ingeniera & Sistemas Esmeralda Telecomunicaciones 3 S.A , que de igual manera permite controlar el proceso mediante la implementacin de un sistema de control automtico (PLC) y una transmisin va radio frecuencia, logrndose as una comunicacin inalmbrica con la central como lo muestra la figura 2.

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Agencia Europa Press. Orange gestionar a distancia la lectura de 3.000 contadores de Aguas de Valencia MADRID. En: www.europapreess.es, noticias econmicas/Empresas, 25 Mar. 2 Kamstrup-metering solutions. En: www.kamstrup.es, productos: contadores de lectura automtica y a distancia. 3 Ingeniera & Sistemas Esmeralda Telecomunicaciones S.A., en: www.esmeralda-sa.cl, sistemas-telemetra.

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Figura 2. Sistemas de supervisin y control va RF (radio frecuencia). (a) Transmisin de los datos al sistema de control automtico (PLC), (b) Transmisin radial de los datos a la sala de control, (c) Almacenamiento de los datos para facturacin del servicio.

Adems de esto, existe una empresa que no slo permite obtener datos ms exactos de consumo, sino que tambin permite tener algunos servicios aadidos para deteccin de fugas y estudios acerca del uso del agua; aspectos fundamentales a la hora de regular el empleo de este recurso hdrico, como lo afirma Moreno es mejor poner tambin ac la empresa4. No obstante, a pesar de no contar a nivel nacional con empresas que fabriquen o empleen este producto, hay algunas que lo distribuyen como BiD Network o ABB Colombia5, la cual, dispone de caudalmetros electrnicos de alta gama que permiten almacenar una base de datos de alta presin sobre el consumo registrado, a la vez que facilita la transmisin o acceso a los mismos por mensajera de texto mediante tecnologa mvil GSM interna, es decir, utiliza un mdulo que contiene un telfono mvil y una tarjeta SIM (puede ser cambiada por el usuario) que envan la informacin procedente de tres almacenadores con los que cuenta el dispositivo (ver figura 3).

Figura 3. Caudalmetro electrnico.

Adems, han existido algunos proyectos universitarios que han apuntado hacia esta rea, como es el caso de los jvenes ingenieros Monroy y Ros6 de la universidad tecnolgica de Pereira, quienes realizaron una modificacin a un contador mecnico para obtener una informacin del caudal a travs de una seal elctrica (observar figura 4), mediante el empleo de un detector optoelectrnico.

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Moreno, Gerald. SISTEMA DE LECTURA REMOTA Y DETECCIN DE FUGAS PARA MEDIDORES DE SERVICIOS BSICOS. En: www.bidnetwork.org, empresas nuevas. 5 ABB Colombia. En: www.abb.com.co, search: Caudalmetro electrnico, ficha tcnica6

Proyecto universitario: RECONRVERSIN DE UN CONTADOR MECNICO A UN SENSOR E INDICADOR DE CAUDAL. Por: Ros, Luis Carlos; Monroy, Mauricio. Scientia Et Technica, vol. XIII. Colombia, mayo 2007.

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Figura 4 Contador de impulso Kamstrup.

Los aspectos mencionados con anterioridad, proporcionan una visin ms clara sobre los avances en este campo en un contexto tanto nacional como internacional. Tambin, permite que mediante un anlisis de las caractersticas aquellos dispositivos que ya han sido implementados en su correspondiente campo de trabajo, se estudien y definan aspectos concernientes al mdulo de comunicacin contemplando las alternativas de las que ya se tiene conocimiento han sido acopladas y probadas obteniendo un excelente funcionamiento. 1.2 DESCRIPCIN Y FORMULACIN DEL PROBLEMA Las empresas de servicios pblicos deben llevar un registro del consumo que ha hecho el usuario; este registro es llevado por los contadores, generalmente mecnicos, que se encuentran en los lugares en los que se est prestando el servicio. Al momento de hacer la facturacin del servicio consumido por el usuario, la empresa debe disponer de personal para realizar las visitas a las casas, conjuntos, edificios, etc. a los que se les va a generar la factura. Una vez all, tendr que hacer la lectura visual del registro de cada contador y tomar nota de la marcacin del mismo. El valor ledo y transcrito por el lector es comparado con la lectura del mes anterior para as determinar la cantidad de servicio que debe ser cobrado en el mes actual; confiando en la tica, la moral, las capacidades visuales y mecanogrficas del grupo de personas encargadas de la facturacin, desde el lector hasta la persona que realiza las impresiones. En ocasiones se pueden presentar errores, humanos principalmente, en cualquier punto de la lnea de facturacin, causando inconformidades y prdidas de dinero tanto para la empresa como para el usuario; y en el peor de los casos, consecuencias legales. Adems de las posibles fuentes de error, se debe tener en cuenta los gastos que tiene la empresa al hacer la lectura de contadores manualmente, debe pagarle a la persona destinada para hacer las lecturas; y dependiendo del tamao de la ciudad, deber tambin cubrir gastos de transporte, entre otros. Para mejorar el panorama expuesto reduciendo la cantidad de visitas, paradas y cantidad de contadores por leer del lector; se plantea la pregunta: Cmo automatizar y optimizar la lectura del consumo de agua en los contadores convencionales instalados en edificios, conjuntos y complejos residenciales y/o comerciales?

1.3 JUSTIFICACIN La distancia es el factor ms significativo para innumerables empresas, tales como empresas de alimentos donde se invierte bastante dinero en conservacin del producto para que pueda ser comercializado en distintos puntos del pas, empresas de servicio donde se compite haciendo el servicio ms eficiente y el mantenimiento con prontitud, entre otras.

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Con relacin a lo anterior, se puede deducir con facilidad la necesidad comercial por disminuir las distancias que usualmente existen entre la empresa y el usuario final, debido a que es un componente que determina la calidad del producto o servicio prestado. La distancia fsica entre la empresa y su cliente no puede ser controlada directamente por la entidad prestadora del servicio para este caso, por tal razn se debe pensar en el tiempo que se emplea para desplazar personal tcnico e informacin del estado del servicio, pues al mejorar los tiempos de desplazamiento se reducen costos tambin, haciendo de esto la principal motivacin del proyecto. Por lo anterior, se desea optimizar para la empresa del servicio pblico de agua, el proceso de recoleccin de informacin en los contadores que registran el consumo de viviendas unifamiliares agrupadas en conjuntos residenciales o edificios. Dentro de los beneficios que trae el mejoramiento en la recoleccin de informacin se pueden resaltar el aumento considerable en la velocidad de obtencin de la informacin de consumo de los contadores, la disminucin significativa del error proveniente del factor humano y el aporte a la seguridad contra alteraciones fraudulentas de la estructura fsica del contador as como hurto del mismo, siendo estas ltimas afirmaciones, dos de los casos ms presentados en comunidades donde se adultera el registro para pagar menos agua de la consumida y por otro lado se vende en el mercado negro los materiales que lo componen. En sntesis, el proyecto pretende ayudar al desarrollo y mejoramiento en la prestacin del servicio del agua y as contribuir con la calidad con que se presta este servicio, de la misma forma beneficiar econmicamente a la empresa.

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN

1.4.1 Objetivo General. Disear y construir un mdulo para el registro y transmisin de datos de consumo de agua utilizando radio frecuencia.

1.4.2 Objetivos Especficos. - Determinar el contador para la implementacin del mdulo. - Analizar la distribucin fsica del contador para el acople del mdulo. - Disear una tarjeta de adquisicin de datos para el registro de la informacin del consumo de agua. - Implementar la tarjeta de adquisicin de datos para el registro del consumo de agua. - Disear una tarjeta de transmisin de datos para control de un mdulo de comunicacin inalmbrica. - Implementar la tarjeta de transmisin de datos para control de un mdulo de comunicacin inalmbrica. - Disear una caja protectora para la ubicacin de las tarjetas. - Construir la caja protectora de las tarjetas. - Disear una red de bajo nivel para la comunicacin de dispositivos. - Implementar la red de bajo nivel para la comunicacin de dispositivos. - Desarrollar una aplicacin para la recepcin y organizacin de los datos en un servidor. - Realizar pruebas de funcionamiento del contador con las tarjetas acopladas. - Realizar pruebas de transmisin de datos mediante la red implementada. - Realizar pruebas de funcionamiento de todo el sistema

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1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO

1.5.1 Limitaciones. El proyecto ser implementado para un contador de caractersticas especficas, razn que impide garantizar que el mdulo diseado sea genrico para todas las marcas de contadores. Por otro lado, en calidad de prototipo, se limita el proyecto a la prueba del sistema completo usando dos contadores de la misma marca y especificaciones. La aplicacin desarrollada para el almacenamiento de la informacin de consumo recibida, estar nicamente dedicada a la recepcin y organizacin de la informacin, la facturacin y clculo mensual del consumo no estn contemplados dentro de sus funciones, tampoco lo est la peticin automtica de la informacin, es decir, no se incluye la programacin predeterminada para pedir informacin de consumo peridicamente de manera autnoma, tendr que ser pedida manualmente cada vez que se requiera.

1.5.2 Alcances. El prototipo estar en la capacidad de digitalizar la informacin de consumo de agua de los medidores que se emplearn, y a su vez se transmitir esta informacin de manera almbrica a la unidad de almacenamiento central. La base de datos creada ser transmitida inalmbricamente al servidor cuando este lo requiera y ser recibida por una aplicacin desarrollada para la organizacin de la mencionada base. Adems se debe garantizar que la informacin de consumo recolectada es la correcta y que no habr prdida de datos en ninguna etapa de comunicacin.

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2.

MARCO DE REFERENCIA

2.1 MARCO TERICO-CONCEPTUAL 2.1.1 Caudalmetros. Los caudalmetros (tambin conocidos como flujmetro, medidor de caudal o de flujo) son instrumentos que se acoplan en serie con la tubera por la cual circula el fluido, para de esta forma realizar la medicin del caudal del mismo. Estos pueden ser clasificados en dos grupos como lo son mecnicos y elctricos, a manera de ejemplo se tiene los contadores de agua empleados en la actualidad para las viviendas y los calentadores de agua de paso, en el grupo de los mecnicos y elctricos respectivamente. Vale la pena tratar los tipos de caudalmetros que aportan conocimiento e ideas para el proyecto, como lo son: 2.1.1.1 Mecnico de molino. El funcionamiento bsico de este dispositivo esta definido por un molino cuyas aspas se encuentra ubicada de forma transversal al sentido del flujo, el cual las mover ocasionando a su vez un giro en el eje donde est localizado el mecanismo de almacenamiento de lectura. Un ejemplo de estos son, los ya mencionados, contadores de agua (ver figura 5).

Figura 5. Caudalmetro volumtrico de agua

2.1.1.2 Electrnicos de molino. Se encuentra constituido en cuanto a su parte mecnica de igual manera que el Caudalmetro mecnico de molino, con la diferencia que el molino tiene en uno extremo un imn permanente que produce un campo magntico al girar. Un sensor de efecto de campo magntico (Hall Effect Switch) realiza la lectura de dicho campo y a travs de un circuito convierte en pulsos la seal y la transmite, un ejemplo de ello es el que se aprecia en la figura 6. Una variante de dicho modelo son aquellos que poseen imanes en los extremos de sus aspas y cuyo campo magntico activa a su paso un reed switch (interruptor elctrico) que cuanta los pulso.

Figura 6. Caudalmetro electrnico de molino

2.1.2 Medidores de desplazamiento positivo o volumtrico. Son empleados para medir la cantidad de fluido que ha circulado a travs de un conducto, dividiendo el flujo en volmenes separados y sumndolos

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para determinar el volumen total que ha atravesado el conducto. Se pueden dividir en dos grupos: micromedidores y macromedidores dependiendo del dimetro de ingreso y descarga de caudal, considerndose que para 0,5 hasta una pulgada son micromedidores y superior a 1 pulgada, macromedidores. Estos medidores cuentan con tres partes principales: - Cmara, que es la cavidad que siempre est llena de fluido. - Desplazador, el cual transfiere el fluido desde la boquilla de admisin hasta la de salida por el movimiento generado por el flujo. - Registrador que va conectado al desplazador y lleva el conteo de cuantas veces ha pasado el volumen de la cmara por el conducto. Los medidores volumtricos ms comunes para lquidos son:

2.1.2.1 Medidor de pistn oscilante

Figura 7. Ciclo del medidor de pistn oscilante

Como se puede apreciar en la figura 7 se pueden ver las cuatro etapas del medidor de pistn oscilante. En la posicin uno el lquido entra por la boquilla de admisin, empezando a llenar la cmara y haciendo que el desplazador o pistn se desplace hasta la posicin cuatro, en la cual el lquido ha dejado de entrar y empezara a salir por la boquilla de salida. Cada uno de estos ciclos representa un volumen especfico de lquido que ha recorrido el conducto, el cual es registrado por un contador mecnico acoplado externamente al pistn.

2.1.2.2 Medidor de paletas deslizantes

Figura 8. Medidor de paletas deslizantes

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En la figura 8 se muestran las partes que componen el medidor de paletas deslizantes, donde se puede ver la boquilla de entrada, de salida, la cmara del medidor, el rotor que hace las veces de deslizador y las paletas deslizantes dispuestas en parejas opuestas que estn conectadas rgidamente con varillas y se mueven radialmente al rotor para conseguir unos volmenes especficos de liquido a partir de cierto punto del ciclo. Tomando medida de las revoluciones del rotor, se puede determinar la cantidad de fluido que ha recorrido el conducto.

2.1.2.3 Medidor de rueda oval

Figura 9. Ciclo del medidor de rueda oval

En la figura 9 se puede ver las dos ruedas ovales engranadas entre si y tienen un movimiento de giro al haber flujo de liquido, llevando el conteo del volumen de fluido que est atravesando el canal. Este es un medidor de engranajes y tiene la ventaja de que puede ser empleado en cualquier lquido sin importar si viscosidad7.

2.1.3 Seleccin del de medidor adecuado. Una vez se desea seleccionar un medidor se debe tener en cuenta una serie de aspectos fundamentales como:

2.1.3.1 Vida til del medidor y precio. Cuando un medido se encuentra bajo condiciones normales de trabajo (temperatura, caudal, presin entre otros), se puede tener una vida til promedio que oscila entre 10-12 aos.

2.1.3.2 La calidad del agua. Aunque al parecer este factor no debera afectar puesto que se asume que el agua suministrada por las empresas prestadoras de este servicio est en la obligacin legal de suministrar agua potable, en ocasiones esto no es as, factor por el que para un buen funcionamiento, se debe tener un ndice de turbidez no superior a 5 NTU. 2.1.3.3 Posicin de la instalacin. La nica condicin que se debe tener presente para la posicin de instalacin es que el medidor volumtrico debe estar conectado en lnea con la tubera por la cual circula el7

Texto: Principales medidores volumetricos, extraido de: http://www.industriaynegocios.cl/Academicos/AlexanderBorger/Docts%20Docencia/Seminario%20de%20Aut/trabajos/trabajos%202003/Sem%20Aut %20%20Caudal/web-final/Medidores%20Volumetricos.htm

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fluido, y por cuestiones legales, se debe encontrar ubicado antes del registro de paso directo, evitando el consumo ilegal y desmedido del agua (ver figura 10).

Figura 10. Disposicin de la conexin de acueducto. 1. Registro de incorporacin, 2. Registro de corte, 3. Medidor volumtrico, 4. Registro de paso directo.

2.1.4 Contador o registro mecnico. Todos estos medidores estn acoplados a un registro mecnico que lleva un conteo del nmero de revoluciones que se han presentado en la parte mvil como lo muestra la figura 11. Esta unidad representa el nmero de veces que un volumen especfico, el cual depende de la construccin del medidor, ha pasado por la tubera.

Figura 11. Contador mecnico

La cifra menos significativa, expresada por el primer disco de derecha a izquierda, es la que generalmente lleva el conteo directo de revoluciones, y cuando este disco ha dado una vuelta completa, indicando as el cambio de decena, el disco inmediatamente siguiente cambia una unidad.

2.1.5 Contadores digitales. Hay diferentes maneras electrnicas de llevar un conteo digital. Estas dependen directamente del valor mximo al que se espera llegar con el contador. Las formas ms comunes de hacerlo son:

2.1.5.1 Empleando FLIP-FLOPS JK. Los flip-flops son dispositivos que cambian su salida permanentemente cuando hay una seal de entrada momentnea; es por esto que se dice que hacen las veces de memoria. El FF JK se representa grficamente como muestra la siguiente figura 12.

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Figura 12. Flip-Flop JK

Este FF (Flip-Flop) es activado con una seal por flanco de subida. Tambin podra ser activado con flanco de bajada, pero eso depende del tipo de FF empleado o de si la entrada de la seal de reloj este negada (ver figura 13).

Figura 13. Flancos en seal de reloj

Las salidas Q y Q complementada dependen de los valores que estn presentes en J y K al momento de haber un flanco de subida. En esta tabla se representa como varan los valores de Q y Q complementada en funcin de J y K. Es importante tener presente que no habr variacin de las salidas si no hay un flanco de subida en la seal de reloj CLK: J K Q Q 0 1 0 1 0 0 1 1 Q 1 0 Q Q 0 1 Q

Tabla 1. Tabla de verdad del FF JK

Como se puede ver en la tabla, en el primer estado en el cual J y K estn en cero, los valores de la salida permanecen iguales. Cuando J se encuentra presente y K no, la salida Q se pone en valor alto. Cuando K esta presente y J no, la salida Q se pone en cero. La ltima lnea muestra el estado del FF en el que si se mantiene una seal alta constante en J y en K, con cada flanco de subida de la seal de reloj habr un cambio de seales constante donde si Q tiene un valor bajo, pasara a tener uno alto y viceversa. Si se utilizan varios de estos FF en serie, donde la seal de reloj del ltimo FF sea la salida Q del penltimo, y as sucesivamente, se podr hacer un contador binario donde los FF estn cambiando de estado a destiempo y estos contadores son conocidos como asncronos (Figura 14). Este es el esquema de un contador asncrono.

Figura 14. Contador de 3 bits con FFs JK

22

Cuando el circuito tiene esta forma, la frecuencia del reloj del FF0 es 4 veces mayor que la entrada de reloj del FF2. Esto puede verse en este esquema:

Figura 15. Basculacin de las seales del contador

Cuando en el FF0 entra el flanco de subida de la seal de reloj, hay un cambio en su salida Qo que no vuelve a cambiar sino hasta que haya de nuevo un flanco de subida en la entrada de reloj, reduciendo la frecuencia del reloj a la mitad. Este mismo fenmeno sucede en los dems FF, haciendo que la frecuencia Q1 sea de la de reloj original. Al tomar los datos de todas las salidas de los FF Q se consigue un contador de 3 bits utilizando 3 FF tipo JK; y sus valores sern estos: Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Tabla 2. Valores del contador de 3 bits con FFs JK

El inconveniente de emplear este tipo de contadores es la gran cantidad de FF requeridos para hacer el conteo de nmeros altos como por ejemplo 5000. En estos casos se emplean contadores con microcontroladores. Existen circuitos integrados contadores, pero al igual que hacerlo con FFs, resultara muy extenso el montaje para grandes valores.

2.1.5.2 Contadores con microcontroladores. Un microcontrolador es un circuito integrado programable, que cuenta con una unidad de procesamiento central de datos (CPU), una memoria RAM para contener datos temporales, una memoria para el programa llamada ROM y tambin cuenta con perifricos de entrada y salida de datos para comunicacin del microcontrolador con el exterior (figura 16).

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Figura 16. Componentes internos de un microcontrolado

}

Entre la infinidad de programas realizables para microcontroladores se puede incluir un contador de pulsos que se estn presentando en una entrada del mismo, permitiendo un conteo prcticamente hasta un nmero bastante alto. Por ejemplo se utiliza un microcontrolador de 8 bits por cada registro, y se van a emplear 4 registros para llevar el conteo de un pulso.

Esa es la cifra hasta la que podra llegar el contador empleando nicamente 4 registros.

2.1.6 Redes informticas. Una red es un conjunto de equipos y dispositivos interconectados para transmitir informacin y recursos cuando se requiera.

2.1.6.1 Tipos de redes. Pueden clasificarse segn: El rea de transmisin: - Redes Locales (LAN): una red de rea local es un sistema de interconexin de equipos informticos basados en lneas de alta velocidad, de entre decenas y cientos de megabits por segundo. Puede cubrir un edificio como mucho. - Redes Metropolitanas (MAN): es un sistema de interconexin de equipos distribuidos en una zona que puede abarcar varios edificios y generalmente une redes LAN en cada rea pequea. - Redes Extensas (WAN): estas redes une dispositivos informticos en sitios geogrficamente distantes, incluso en continentes diferentes. Topologa o estructura de la red, las principales son: Anillo: topologa de red donde las estaciones estn unidas una con otra formando un crculo por medio de un cable comn por el cual las seales circulan en un solo sentido alrededor del crculo, regenerndose en cada nodo (figura 17).

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Figura 17. Red tipo Anillo

-

Estrella: la red cuenta con un servidor o un concentrador de cableado a partir del cual se conectan directamente los dems puntos de la red (figura 18).

Figura 18. Red tipo Estrella

-

Bus: todas las estaciones estn conectadas por un nico medio fsico (figura 19).

Figura 19. Red tipo Bus

2.1.6.2 Medio fsico de conexin. Es el medio por el cual se enviaran las seales elctricas para la transmisin de la informacin entre todos los puntos que forman la red. Los medios ms comunes son:

2.1.6.2.1 Cables de cobre. Son conductores clsicos que generalmente no estn hechos de este material, sino de aleaciones entre otros metales para conseguir un mejor conductor. Los cables de cobre ms comunes son:

2.1.6.2.1.1 Coaxial. Este es un cable de eje comn pues es un cable formado por un material conductor en el centro, que est rodeado por un material aislante o dielctrico, que a su vez est rodeado por una malla de hilos conductores para disipar el ruido elctrico producido por campos magnticos exteriores (vase

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figura 20). Todo esto, cubierto por una ltima capa de de material aislante y protector. Tiene velocidades de transmisin desde 10 hasta 100 megabits por segundos8 dependiendo del tipo de cable utilizado.

Figura 20. Cable Coaxial

2.1.6.2.1.2 Par trenzado. Es de los ms antiguos en el mercado y en algunas aplicaciones es el ms comn, consiste en dos alambres de cobre o de algunos materiales aleados, aislados con un grosor de 1 mm aproximado de material no conductor. Los alambres se trenzan con el propsito de reducir la interferencia elctrica de pares similares cercanos. Los pares trenzados se agrupan bajo una cubierta comn de PVC (Policloruro de Vinilo) en cables multpares de pares trenzados. Se dividen en dos grandes grupos:

2.1.6.2.1.2.1 Sin apantallamiento UTP (Unshield Twisted Pair). Este tipo de cable es el ms utilizado en redes domesticas por su bajo costo y buen funcionamiento lugares no muy contaminados de seales parasitas (figura 21). Alcanza velocidades de transmisin de hasta 100 megabits por segundo9 y es de los medios fsicos ms econmicos.

Figura 21. Cable UTP

2.1.6.2.1.2.2 Con apantallado STP (Shielded Twisted Pair). En este caso, cada par va recubierto por una malla conductora que acta de apantalla frente a interferencias y ruido elctrico; y todos los pares van tambin recubiertos por una malla que hace las veces de escudo tambin como lo muestra la figura 22. 10 Puede alcanzar una velocidad de transmisin de hasta 100 megabits por segundo y su costo es moderado.

8

Hernandez Sampieri, Roberto; Fernndez Collado, Carlos y Baptista, Lucio. Metodologa de la Investigacion. Mc Graw Hill, Mxico 1997.

9

Ingeniero Santa Cruz, Oscar. Compilado de Cables y medios de transmisin en: http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/ElectronicaAplicadaIII/PlantelExterior/Introducables.pdf 10 Ingeniero Santa Cruz, Oscar. Compilado de Cables y medios de transmisin en: http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/ElectronicaAplicadaIII/PlantelExterior/Introducables.pdf

26

Figura 22. Cable STP

2.1.6.2.1.3 Fibra ptica. Son fibras de vidrio o de material plstico (vase figura 23) que se usa como gua de unos haces de luz laser sobre los cuales se modulan las seales que transmiten la informacin. Estas fibras permiten tener trayectorias curvadas, necesarias para la instalacin en edificaciones. Este medio de transmisin tiene velocidades de transmisin muy altas. Cientificos de Bell Labs se consigui una conexin 11 de 100 Petabits por segundo .

Figura 23. Fibra ptica

2.1.6.2.1.4 Radio frecuencia. Las ondas de radio fueron de los primeros medios utilizados para transmitir informacin y, gracias a los avances tecnolgicos como la telefona celular y el auge de los equipos porttiles, se estn convirtiendo en uno de los medios de transmisin ms utilizados en la actualidad. Dentro de las tecnologas basadas en radio frecuencia, se destacan estos por su facilidad de uso:

2.1.6.2.1.4.1 ZigBee. Conjunto de protocolos de alto nivel, que se emplea para la baja transmisin de datos con buena seguridad de comunicacin. Sus principales caractersticas son su bajo consumo, su topologa en malla (tambin tipo estrella o rbol), su versatilidad en la fabricacin e integracin de nodos y su sencillez y precio de instalacin respecto a otros WPAN. Emplea la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) a un frecuencia de 2,4 GHz en el mundo, 868 MHz en Europa y en Amrica a 915 MHz. Adems, al usar tan poca cantidad de energa, ms exactamente 30 mA transmitiendo y 3 A en reposo, debido a que Zigbee permanece gran parte del tiempo dormido, se estima que cada dispositivo puede tener una vida til de hasta 5 aos antes de requerir un cambio en el sistema de alimentacin. Cuando la red es solicitada, pasa a un modo activo en un tiempo de 15 ms o menos, regresando al estado de reposo cuando deja de ser requerida12.

2.1.6.2.1.4.2 GSM. El Sistema Global para las Comunicaciones Mviles es un sistema que emplea comunicacin por mediante telfonos mviles incorporando tecnologa digital, lo que permite que sus usuarios puedan hacer, enviar y recibir mensajes por e-mail, faxes, navegar por Internet, entre otras tantas aplicaciones. Se hace necesario citar la aplicacin de mayor inters para el proyecto, la cual es la posibilidad de utilizar la funcin digital de transmisin de datos del Servicio de Mensajes Cortos (SMS) o mensajes de texto. 2.1.6.2.1.5 Luz. La luz se utiliz an antes que la radio para transmitir informacin, ya los griegos utilizaban espejos para comunicarse con sus barcos en el mar. Pero ha sido necesario mejorar los sistemas de

11 12

http://www.sputnik.com.mx//index.php?option=com_content&task=view&id=5014&Itemid=1

Legg, Gary. ZigBee: Wireless Technology for Low-Power Sensor Networks. En: http://www.eetimes.com, Home/design/Communnications DesignLine of EE Times.

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produccin de luz lser para permitir transmitir informacin electrnica con velocidades similares a los cables. 2.1.6.3 Protocolos de bajo nivel. Los protocolos de bajo nivel controlan el acceso al medio fsico, lo que se conoce como MAC (Media Acces Control) y tambin se encarga del nivel de transmisin de datos, pues este protocolo determina los tiempos de transmisin de todos los dispositivos de la red. Estos protocolos se basan principalmente en los protocolos de control lgico del enlace LLC (Logical Link Control), definidos en el estndar IEEE 802.2. Los protocolos de bajo nivel ms conocidos son: ETHERNET: este protocolo fue diseado originalmente por Digital, Intel y Xerox, por lo que se le conoce originalmente como Ethernet DIX. Despus la IEEE defini el estndar IEEE 802.3, que no son exactamente iguales debido a que la forma de codificacin de los datos difiere un poco en ambas. Es el mtodo ms extendido actualmente. Su velocidad de transmisin es de 10 megabits por segundo13. En el protocolo Ethernet/IEEE 802.3, el acceso al medio se controla con un sistema llamado CSMA/CD (Deteccin de portador con acceso mltiple y deteccin de colisiones), el cual consiste en que una estacin debe detectar la presencia de una seal portadora y, si existe, comienza a transmitir. Cuando dos estaciones comienzan a transmitir al mismo tiempo se produce una colisin y ambas deben repetir la transmisin cuando se confirme la seal de porte. Existen algunas subdivisiones de este protocolo como el protocolo 10base5 (el Ethernet original), el 10base2 con el que se disminuyen precios pero tiene menor alcance, 10baseT, 10baseF, Switched Ethernet y el 100baseX que es el Ethernet de 100 megabits por segundo. Token passing (paso de testigo): se basan en pasar un paquete de informacin con un contenido especial el cual le da el derecho a transmitir a la estacin que tenga el testigo en ese momento; si esta estacin no necesita transferir datos, le pasa el testigo la siguiente estacin ya sea en topologa de anillo o bus. Segn la especificacin IEEE 802.5, la velocidad de transmisin de un protocolo de este tipo es de 4 megabits por segundo14. FDDI (Interfaz de datos distribuidos por fibra): es una especificacin sobre una red con un medio fsico de fibra ptica y topologa de anillo, el control de acceso al medio es por paso de testigo a una velocidad de transmisin de 100 megabits por segundo15.

-

2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO El desarrollo de tecnologa, como cualquier otra actividad en Colombia, tiene una reglamentacin y normatividad tcnica, a continuacin se consignan los artculos, leyes y normas a tener en cuenta para llevar a cabo el proyecto propuesto en este documento:

13 14

Giralt, Victoriano. Texto de tipo de redes. http://vgg.uma.es/redes/bajos.html#eth Giralt, Victoriano. Texto de tipo de redes. http://vgg.uma.es/redes/bajos.html#eth Giralt, Victoriano. Texto de tipo de redes. http://vgg.uma.es/redes/bajos.html#eth

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2.2.1 Artculo 71 de la Constitucin Poltica Colombiana. La bsqueda del conocimiento y la expresin artstica son libres. Los planes de desarrollo econmico y social incluirn el fomento a las ciencias y, en general, a la cultura. El Estado crear incentivos para personas e instituciones que desarrollen y fomenten la ciencia y la tecnologa y las dems manifestaciones culturales y ofrecer estmulos especiales a personas e instituciones que ejerzan estas actividades.

2.2.2 Ley 142 de 1994

2.2.2.1 Artculo 2o. Intervencin del estado en los servicios pblicos. El Estado intervendr en los servicios pblicos, conforme a las reglas de competencia de que trata esta Ley, en el marco de lo dispuesto en los artculos 334, 336, 365, 366, 367, 368, 369, 370 de la Constitucin Poltica, para los siguientes fines: 2.2. Ampliacin permanente de la cobertura mediante sistemas que compensen la insuficiencia de la capacidad de pago de los usuarios. 2.4. Prestacin continua e ininterrumpida, sin excepcin alguna, salvo cuando existan razones de fuerza mayor o caso fortuito o de orden tcnico o econmico que as lo exijan. 2.5. Prestacin eficiente. 2.8. Mecanismos que garanticen a los usuarios el acceso a los servicios y su participacin en la gestin y fiscalizacin de su prestacin. 2.2.2.2 Artculo 3o. Instrumentos de la intervencin estatal. Constituyen instrumentos para la intervencin estatal en los servicios pblicos todas las atribuciones y funciones asignadas a las entidades, autoridades y organismos de que trata esta ley, especialmente las relativas a las siguientes materias: 3.1. Promocin y apoyo a personas que presten los servicios pblicos. 3.4. Control y vigilancia de la observancia de las normas y de los planes y programas sobre la materia. 3.5. Organizacin de sistemas de informacin, capacitacin y asistencia tcnica. 3.8. Estmulo a la inversin de los particulares en los servicios pblicos.

2.2.2.3 Artculo 8o. Competencia de la nacin para la prestacin de los servicios pblicos. Es competencia de la Nacin: 8.4. Apoyar financiera, tcnica y administrativamente a las empresas de servicios pblicos o a los municipios que hayan asumido la prestacin directa, as como a las empresas organizadas con participacin de la Nacin o de los Departamentos para desarrollar las funciones de su competencia en materia de servicios pblicos y a las empresas cuyo capital pertenezca mayoritariamente a una o varias cooperativas o empresas asociativas de naturaleza cooperativa.

2.2.2.4 Artculo 9o. Derecho de los usuarios. Los usuarios de los servicios pblicos tienen derecho, adems de los consagrados en el Estatuto Nacional del Usuario y dems normas que consagren derechos a su favor, a: 9.1. Obtener de las empresas la medicin de sus consumos reales mediante instrumentos tecnolgicos apropiados, dentro de plazos y trminos que para los efectos fije la comisin reguladora, con atencin a la capacidad tcnica y financiera de las empresas o las categoras de los municipios establecida por la ley.

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9.3. Obtener los bienes y servicios ofrecidos en calidad o cantidad superior a las proporcionadas de manera masiva, siempre que ello no perjudique a terceros y que el usuario asuma los costos correspondientes. 9.4. Solicitar y obtener informacin completa, precisa y oportuna, sobre todas las actividades y operaciones directas o indirectas que se realicen para la prestacin de los servicios pblicos, siempre y cuando no se trate de informacin calificada como secreta o reservada por la ley y se cumplan los requisitos y condiciones que seale la Superintendencia de Servicios Pblicos Domiciliarios.

2.2.2.5 Artculo 11. Funcin social de la propiedad en las entidades prestadoras de servicios pblicos. Para cumplir con la funcin social de la propiedad, pblica o privada, las entidades que presten servicios pblicos tienen las siguientes obligaciones: 11.1. Asegurar que el servicio se preste en forma continua y eficiente, y sin abuso de la posicin dominante que la entidad pueda tener frente al usuario o a terceros.

2.2.2.6 Artculo 14. Definiciones. Para interpretar y aplicar esta Ley se tendrn en cuenta las siguientes definiciones: 14.9. Factura de servicios pblicos. Es la cuenta que una persona prestadora de servicios pblicos entrega o remite al usuario, por causa del consumo y dems servicios inherentes en desarrollo de un contrato de prestacin de servicios pblicos. 14.16. Red interna. Es el conjunto de redes, tuberas, accesorios y equipos que integran el sistema de suministro del servicio pblico al inmueble a partir del medidor. Para edificios de propiedad horizontal o condominios, es aquel sistema de suministro del servicio al inmueble a partir del registro de corte general cuando lo hubiere. 14.17. Red local. Es el conjunto de redes o tuberas que conforman el sistema de suministro del servicio pblico a una comunidad en el cual se derivan las acometidas de los inmuebles. La construccin de estas redes se regir por el Decreto 951 de 1989, siempre y cuando ste no contradiga lo definido en esta ley. 14.22. Servicio pblico domiciliario de acueducto. Llamado tambin servicio pblico domiciliario de agua potable. Es la distribucin municipal de agua apta para el consumo humano, incluida su conexin y medicin. Tambin se aplicar esta ley a las actividades complementarias tales como captacin de agua y su procesamiento, tratamiento, almacenamiento, conduccin y transporte. 14.31. Suscriptor. Persona natural o jurdica con la cual se ha celebrado un contrato de condiciones uniformes de servicios pblicos 14.33. Usuario. Persona natural o jurdica que se beneficia con la prestacin de un servicio pblico, bien como propietario del inmueble en donde este se presta, o como receptor directo del servicio. A este ltimo usuario se denomina tambin consumidor.

2.2.2.7 Artculo 28. Redes. Todas las empresas tienen el derecho a construir, operar y modificar sus redes e instalaciones para prestar los servicios pblicos, para lo cual cumplirn con los mismos requisitos, y ejercern las mismas facultades que las leyes y dems normas pertinentes establecen para las entidades oficiales que han estado encargadas de la prestacin de los mismos servicios, y las particulares previstas en esta ley. Las empresas tienen la obligacin de efectuar el mantenimiento y reparacin de las redes locales, cuyos costos sern a cargo de ellas.

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2.2.2.8 Artculo 135. De la propiedad de las conexiones domiciliarias. La propiedad de las redes, equipos y elementos que integran una acometida externa ser de quien los hubiere pagado, si no fueren inmuebles por adhesin. Pero ello no exime al suscriptor o usuario de las obligaciones resultantes del contrato y que se refieran a esos bienes.

2.2.2.9 Artculo 136. Concepto de falla en la prestacin del servicio. La prestacin continua de un servicio de buena calidad, es la obligacin principal de la empresa en el contrato de servicios pblicos.

2.2.2.10 Artculo 144. DE los medidores individuales. Los contratos uniformes pueden exigir que los suscriptores o usuarios adquieran, instalen, mantengan y reparen los instrumentos necesarios para medir sus consumos. En tal caso, los suscriptores o usuarios podrn adquirir los bienes y servicios respectivos a quien a bien tengan; y la empresa deber aceptarlos siempre que renan las caractersticas tcnicas a las que se refiere el inciso siguiente. La empresa podr establecer en las condiciones uniformes del contrato las caractersticas tcnicas de los medidores, y del mantenimiento que deba drseles..

2.2.2.11 Artculo 145. Control sobre el funcionamiento de los medidores. Las condiciones uniformes del contrato permitirn tanto a la empresa como al suscriptor o usuario verificar el estado de los instrumentos que se utilicen para medir el consumo; y obligarn a ambos a adoptar precauciones eficaces para que no se alteren. Se permitir a la empresa, inclusive, retirar temporalmente los instrumentos de medida para verificar su estado.

2.2.2.12 Artculo 146. La medicin del consumo, y el precio en el contrato. La empresa y el suscriptor o usuario tienen derecho a que los consumos se midan; a que se empleen para ello los instrumentos de medida que la tcnica haya hecho disponibles; y a que el consumo sea el elemento principal del precio que se cobre al suscriptor o usuario.

2.2.2.13 Artculo 149. De la revisin previa. Al preparar las facturas, es obligacin de las empresas investigar las desviaciones significativas frente a consumos anteriores. Mientras se establece la causa, la factura se har con base en la de perodos anteriores o en la de suscriptores o usuarios en circunstancias semejantes o mediante aforo individual; y al aclarar la causa de las desviaciones, las diferencias frente a los valores que se cobraron se abonarn o cargarn al suscriptor o usuario, segn sea el caso.

2.2.3 Ley 72 de 1989

2.2.3.1 Articulo 1o. El Gobierno Nacional, por medio del Ministerio de Comunicaciones, adoptar la poltica general del sector de comunicaciones y ejercer las funciones de planeacin, regulacin y control de todos los servicios de dicho sector, que comprende, entre otros: - Los servicios de telecomunicaciones. - Los servicios informticos y telemtica. - Los servicios especializados de telecomunicaciones o servicios de valor agregado. - Los servicios postales.

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2.2.3.2 Articulo 2o. Se entiende por Telecomunicaciones, toda transmisin, emisin o recepcin de signos, seales, escritos y sonidos, datos o informacin de cualquier naturaleza, por hilo, radio, medios visuales u otros sistemas electromagnticos.

2.2.3.3 Articulo 3o. Las Telecomunicaciones tendrn por objeto el desarrollo econmico, social y poltico del pas, con la finalidad de elevar el nivel y la calidad de vida de sus habitantes.

2.2.3.4 Articulo 4o. Los canales radioelctricos y dems medios de transmisin que Colombia utiliza o pueda utilizar en el ramo de las telecomunicaciones son propiedad exclusiva del Estado.

2.2.3.5 Articulo 5o. Las Telecomunicaciones son un servicio pblico que el Estado prestar directamente o a travs de concesiones que podr otorgar en forma exclusiva, a personas naturales o jurdicas colombianas, reservndose, en todo caso, la facultad de control y vigilancia.

2.2.3.6 Articulo 6o. El Ministerio de Comunicaciones coordinar los diferentes servicios que presten las entidades que participan en el sector de las comunicaciones, segn su respectivo mbito de competencia u objeto social, con miras a garantizar el desarrollo armnico del mismo.

2.2.3.7 Articulo 8o. El establecimiento, explotacin y uso en el pas, de redes, sistemas y servicios de telecomunicaciones nacionales e internacionales, as como su ampliacin, modificacin y renovacin, requieren la autorizacin previa del Ministerio de Comunicaciones, y atendern las normas y recomendaciones de la Unin Internacional de Telecomunicaciones y sus organismos normalizadores CCIR y CCITT.

2.2.3.8 Articulo 10o. Cualquier servicio de telecomunicaciones que opere sin previa autorizacin del Gobierno es considerado clandestino y el Ministerio de Comunicaciones y las autoridades Militares y de Polica, procedern a suspenderlo y a decomisar los equipos, sin perjuicio de la aplicacin de las sanciones de orden administrativo o penal a que hubiere lugar conforme a las normas legales y reglamentarias vigentes. Los equipos decomisados sern depositados en el Ministerio de Comunicaciones, el cual les dar la aplicacin y destino que fijen las normas pertinentes.

2.2.4 Norma Tcnica Colombiana 1063-3, basada en la NORMA ISO 4064-1:1993 (Medicin de flujo de agua en conductos cerrados Medidores para agua potable fra)

2.2.4.1 Parte 1. Esta norma da especificacin a la terminologa, las caractersticas tcnicas, metrolgicas y los requisitos de prdida de presin para medidores de agua potable fra y de agua caliente.

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2.2.4.2 Parte 2. Esta norma establece criterios para la seleccin de medidores de agua sencillos, combinados y concntricos, los accesorios asociados, la instalacin, los requisitos especiales relacionados para medidores, y la operacin inicial de los medidores nuevos o reparados, con el propsito de garantizar mediciones constantes exactas y lecturas confiables del medidor.

2.2.5 Gua Tcnica Colombiana 170. Medida de caudal de fluidos, procedimiento para la evaluacin de incertidumbres. Esta norma establece principios generales y describe procedimientos para evaluar la incertidumbre de un caudal o magnitud de fluido.

33

3.

METODOLOGA

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIN El presente investigacin sobre Diseo y construccin de un modulo acoplable a contadores de agua convencionales en edificios o conjuntos residenciales, para transmitir su informacin de consumo inalmbricamente, se abord desde el tipo emprico-analtico puesto que es un modelo de investigacin cientfica autocorrectivo y progresivo. Se har uso del mtodo de medicin el cual consiste en observar y registrar todo aquello que sea relevante en la investigacin, para posteriormente realizar clculos u operaciones necesarias. Dicha informacin debe 16 ser de carcter cualitativo y cuantitativo, segn Marulanda y Chamorro . Ser cuantitativo, puesto que permite recoger, procesar y analizar datos cuantitativos o numricos sobre variables previamente determinadas, segn Hernndez, Fernndez y Baptista17. Por otro lado, la investigacin ser tambin experimental puesto que durante el proceso se van a manipular variables bajo condiciones especiales, para observar el comportamiento de otras, como afirma Marulanda y Chamorro18. Y finalmente, tambin se pondr en uso el mtodo de observacin, que como lo exponen Marulanda y Chamorro permiten buscar unos elementos de juicio siguiendo un orden conceptual19.

3.2 LNEA DE INVESTIGACIN El proyecto pertenece principalmente a la lnea de investigacin en tecnologas actuales y sociedad, esto se puede evidenciar en el desarrollo que se pretende hacer al fabricar un mdulo de adquisicin y comunicacin que permite la transmisin inalmbrica de informacin, siendo esta la tendencia en la tecnologa de los procesos de registro y monitoreo. Se encuentra tambin un aspecto social, que consiste en la capacitacin tcnica del personal nmada que normalmente realiza el registro manualmente, para que cumpla labores de mantenimiento no slo mecnico del contador sino elctrico y electrnico del mismo. El diseo tiene aspectos de sensado, registro y comunicacin, importantes en materia de instrumentacin industrial, lo cual permite realizar un diagnstico de la medicin que se lleva en curso. En especfico, el aspecto de sensado que se encuentra en el proyecto, parte de adquirir una seal analgica y procesarla para obtener una seal discreta de la cual se genera el cdigo correspondiente a ser analizado y almacenado por los procesadores a los cuales corresponda esta tarea.

Figura 24. Diagrama de lneas de investigacin1617 18 19

Chamorro, Clara y Marulanda, Jos Jairo. Seminario de investigacin (metologa de la investigacin), Universidad Nacional de Colombia sede Bogot . En: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/IDEA/2007219/html/profesor.html Chamorro, Clara y Marulanda, Jos Jairo. Seminario de investigacin (metologa de la investigacin), Universidad Nacional de Colombia sede Bogot. Chamorro, Clara y Marulanda, Jos Jairo. Seminario de investigacin (metologa de la investigacin), Universidad Nacional de Colombia sede Bogot. Chamorro, Clara y Marulanda, Jos Jairo. Seminario de investigacin (metologa de la investigacin), Universidad Nacional de Colombia sede Bogot.

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3.3 TCNICAS DE RECOLECCIN DE LA INFORMACIN Se citan a continuacin las tcnicas e instrumentos para la recoleccin de informacin que sern usados en el proyecto: 3.3.1 Softwares simuladores de circuitos (LifeWire, Proteus-ISIS, Crocodile Technology, Multisim). Son Softwares especializados en el anlisis y simulacin de circuitos, permitiendo prever las seales resultantes en los diseos involucrados. 3.3.2 Softwares diseadores de circuitos (PCB Wizard, Proteus-ARES). Software enfocado al diseo del circuito impreso, ruteado de caminos y disposicin de elementos segn el espacio necesario para su ubicacin. 3.3.3 Medidor mecnico (sin especificaciones tcnicas al momento). Medidor volumtrico usado comnmente por la empresa de acueducto bogotana para el registro de consumo de agua en los establecimientos o viviendas. 3.3.4 Entrevista a expertos. Preparacin de preguntas para entrevistar a personas con manejo del tema que se trata en el proyecto, consiguiendo con esto diversos puntos de vista y sugerencias para guiar el proyecto. 3.3.5 Libros de informacin referente al proyecto. Bibliografa relacionada con temas como: Diseo electrnico, Leyes de la electrnica, Comunicacin inalmbrica, Mdulos de comunicacin por radiofrecuencia, Comunicacin serial inalmbrica, Mdulos GSM. 3.3.6 Visitas tcnicas. Se pretende gestionar una visita tcnica al laboratorio del acueducto situado en Bogot, con el fin de consolidar conocimientos respecto a los medidores volumtricos y validar aspectos del diseo del proyecto. 3.3.7 Experimentacin. Se emplearn espacios apropiados para realizar pruebas de funcionamiento de las distintas etapas del proyecto y consignacin de los resultados obtenidos. 3.4 POBLACIN Y MUESTRA El proyecto est dirigido inicialmente para edificios y conjuntos residenciales, puesto que en ellos, los contadores de los servicios pblicos incluyendo el agua, se encuentran localizados juntos en un slo lugar para que la lectura de todos sea rpida y poco tediosa; lo que evitara cableados extensos, posible prdida de informacin en las lneas, alteracin de datos, entre otras posibles fallas producidas por largos cableados.

3.5 HIPTESIS Para modernizar y optimizar el registro de consumo en los medidores volumtricos, se plantea en primera instancia un mdulo acoplable al contador de agua convencional, ya instalado en los lugares de inters, que sea de fcil adaptacin y poco intrusivo. Este mdulo debe adquirir la seal del cambio de numeracin del contador mecnico, que lleva el registro de consumo, e irlo contando digitalmente para tener un registro electrnico del consumo de agua. Tambin se ha pensado en adquirir la seal directamente del conducto por el que pasa el agua y realizar un registro simultneo con el contador mecnico con el uso de un medidor de flujo o caudal.

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Adems de los requerimientos anteriores, el mdulo deber tener la capacidad de compartir informacin con un receptor central, esto se har por medio de una red de bajo nivel an sin especificar, lo que permitir reunir la informacin de consumo de agua de todos los contadores en el mencionado receptor. Teniendo los datos de los contadores centralizados, podrn ser transmitidos inalmbricamente hacia el punto central cuando este as lo ordene, y almacenados en la base de datos para su facturacin o simple almacenamiento. La red inalmbrica a implementar se tiene contemplada entre redes como, GSM, FM/AM, Wi-Fi o Comunicacin serial inalmbrica. Para comenzar se ha pensado para edificios y conjuntos residenciales puesto que en ellos los medidores de agua, se encuentran dispuestos de forma grupal en un solo lugar para que la lectura de todos los contadores sea rpida y sencilla. Tomando ventaja de esta ubicacin se evitara hacer cableados extensos ya que es la principal debilidad y causal de prdida de informacin en las lneas, alteracin de datos, entre otras posibles fallas que supondra esa forma de cableado.

3.6 VARIABLES

3.6.1 Variables Independientes. Del proceso que se quiere estudiar y optimizar, se encuentra como variables independientes: - Flujo volumtrico o caudal. - Humedad del entorno.

3.6.2 -

Variables Dependientes. El resultado que se obtiene el del anlisis de las variables independientes es: Tren de pulsos. Indicadores de fallo. Base de datos.

36

4.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Investigadores. Carlos Alfredo Cruz Rey, Cesar Alberto Norea Flrez, Nelly Beltrn Cullar. ACTIVIDADES A REALIZAR NOV. 2010 1. Revisin bibliogrfica 2. Charla con expertos 3. Solicitud de contador en desecho al acueducto, sin costo, para reconocimiento del mismo. 4. Reconocimiento del contador mecnico convencional (Pruebas). 5. Seleccin, diseo y construccin de la forma de transformacin A/D del conteo mecnico del contador. 6. Seleccin del sistema de lectura automtico. 7. Seleccin del mdulo de comunicacin a emplear. 8. Diseo y construccin del sistema de lectura. 9. Prueba I. Funcionamiento del sistema lectura. 10. Rediseo del sistema de lectura en caso fallas. 11. Diseo y construccin del mdulo comunicacin. 12. Prueba II. Funcionamiento del mdulo comunicacin. de de de de X X X DIC. 2010 X X X ENE. 2011 X X X X X X X X X X X X FEB. 2011 MAR. 2011 ABR. 2011 MAY. 2011 JUN. 2011 JUL. 2011 AGO. 2011 SEP. 2011 OCT. 2011 NOV. 2011

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13. Rediseo del mdulo de comunicacin en caso de fallas. 14. Prueba III. Lectura a distancia de los contadores. 15. Redaccin del documento final. 16. Entrega de resultados

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Tabla 3. Cronograma de Actividades.

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5.

RECURSOS Y PRESUPUESTO

Se presentarn los gastos econmicos estimados en la etapa inicial del proyecto y el talento humano requerido a fin de llevar a cabo el proyecto de investigacin.

5.1 GASTOS ECONMICOS MATERIALES Componentes electrnicos Contador mecnico Soldadura Cautn Impresin de circuitos Mdulo de comunicacin Material Transporte Papelera y dems Asesora externa Fondo de imprevistos TOTAL PRECIO $150.000 $300.000 $10.000 $20.000 $100.000 $120.000 $50.000 $100.000 $50.000 $200.000 $300.000 $1.420.000

Tabla 4. Tabla de recursos financieros 5.2 TALENTO HUMANO En cuanto al grupo de talento humano, va a estar constituido por los integrantes del proyecto a desarrollar, de igual manera, por cada uno de los maestros pertenecientes a las facultades de ingeniera, quienes amablemente nos brindarn su apoyo y colaboracin en el momento que sea necesario y solicitado; en este grupo de maestro se resalta la colaboracin del asesor quien trabajar a la par con los investigadores y quien ser la principal fuente transmisin de conocimiento.

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