UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES “DISEÑO DE UN SISTEMA DE BAJO COSTO PARA LA SUPERVISIÓN Y CONTROL DE LA CALIDAD DEL AIRE” PROYECTO DE TITULACIÓN Previo a la obtención del Título de: INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES AUTORES: BELTRÁN RAMBAY IVÁN DEMETRIO VILLACÍS SERRANO CARMEN ALEXANDRA TUTOR: ING. JACOBO RAMÍREZ URBINA, M.Sc GUAYAQUIL – ECUADOR 2019
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE BAJO COSTO PARA LA SUPERVISIÓN
Y CONTROL DE LA CALIDAD DEL AIRE”
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previo a la obtención del Título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
AUTORES:
BELTRÁN RAMBAY IVÁN DEMETRIO
VILLACÍS SERRANO CARMEN ALEXANDRA
TUTOR:
ING. JACOBO RAMÍREZ URBINA, M.Sc
GUAYAQUIL – ECUADOR
2019
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TÍTULO: “Diseño de un sistema de bajo costo para la supervisión y control de la calidad del aire.”
AUTORES: Beltrán Rambay Iván Demetrio Villacís Serrano Carmen Alexandra
TUTOR: Ing. Jacobo Ramírez Urbina, Msc
REVISOR:
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil
FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas
CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
FECHA DE PUBLICACIÓN: 2019 No. DE PÁGS:
ÁREAS TEMÁTICAS: Desarrollo Biotécnica, conservación y aprovechamiento sostenible de los recursos naturales y adaptación cambio climático.
PALABRAS CLAVE: diseño, calidad, aire, sensor, base de datos, polución.
RESUMEN: El presente trabajo de titulación tiene como objetivo general diseñar un sistema
de bajo costo para la supervisión y control de la calidad del aire utilizando sensores específicos que nos permitan captar los niveles de gases nocivos encontrados en el aire como del monóxido de carbono(CO) con el sensor MQ-7 y del dióxido de carbono(CO2) con el sensor MQ-135, definir las diferentes variables para determinar la calidad del aire tomando en consideración su costo y beneficio, una placa con microcontrolador ESP32 con software de código abierto, transmisión inalámbrica, herramienta XAMPP que contiene la base de datos de MySQL y el servidor APACHE, presentación de los resultados en una interfaz gráfica desarrollada en PHP, con el fin de monitorear los diferentes tipos de gases contaminantes emitidos por ejemplo de vehículos, industrias, incendios forestales, etc.
No. DE REGISTRO (en base de datos):
No. DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL (tesis en la web):
ADJUNTO PDF: x SI NO
CONTACTO CON AUTORES: Beltrán Rambay Iván Demetrio Villacís Serrano Carmen Alexandra
Posteriormente a la instalación, la nueva tarjeta de desarrollo estará disponible en
el IDE de Arduino para poder utilizarla en el desarrollo de la aplicación planteada.
En el siguiente Gráfico 24 presenta la compatibilidad de la placa ESP32 con el IDE
de Arduino:
Gráfica 24. Administración de placa ESP32
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
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Una vez instalado el software necesario, se realizó la conexión de los
componentes de hardware a la mencionada placa, con la observación de que este
elemento soporta mayor cantidad de entradas analógicas en su configuración y,
además, establece la comunicación inalámbrica a través de Wifi, lo cual le da
mayor ventaja sobre sus predecesoras. Se debe considerar que los pines de
entrada – salida trabajan a un voltaje de 3.3 V por lo cual se debe establecer
medidas de protección para no superar dicho voltaje.
En la siguiente Gráfica 25 presenta la disposición de los pines de la placa:
Gráfica 25. Disposición de pines en placa ESP32
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
El diseño final de la propuesta de titulación se presenta en el diseño de la
siguiente Gráfica 26:
61
Gráfica 26. Diseño de propuesta con placa ESP32
X
5V
Elaboración: Arduino
Fuente: Datos de la investigación.
62
ALGORITMO:
Gráfica 27. Diagrama de flujo de datos
Inicializar variables I/O
Obtener lectura sensor MQ135
¿Lectura sobrepasa límite
configurado?
Iniciar Conexión WiFi
Enciende dispositivo de mitigación
SI
NO
Obtener lectura sensor MQ7
Obtener posición geográfica
NO
¿Ocurrió error?SI
¿Ocurrió error?SI
Transmitir datos
Almacenar datos
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: datos de la investigación
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La Grafica anterior representa los pasos generales de las acciones que han sido
programados en la placa para obtener, procesar, transmitir y almacenar los datos
obtenidos a través de los sensores y el dispositivo GPS.
ESTRUCTURA DEL SOFTWARE ARDUINO
Un sistema para ejecutarse en la placa Arduino tiene una estructura general que
consta de 3 bloques principalmente:
1. La inclusión de librerías y declaración de variables y constantes
2. La inicialización de las variables y determinación de los pines de la placa
que servirán como entrada o salida de datos.
3. Cuerpo del programa: Porción de código que se ejecutará repetitivamente
mientras el dispositivo cuente con alimentación eléctrica.
En la siguiente Grafica 28 presenta un esquema de bloques acerca de la
estructura de un programa cualquiera desarrollado para ejecutarse en una placa
Arduino.
Gráfica 28. Estructura del programa Arduino
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
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XAMPP
Es un paquete de software libre, que consiste principalmente en el sistema de
gestión de bases de datos MySQL, el servidor web Apache y los intérpretes para
lenguajes de script PHP y Perl se ejecuta independientemente del sistema
operativo sobre el cual se instale.
Es uno de los softwares libres más populares del mundo, por cuanto es utilizado
por muchos sistemas web, ya que integra una base de datos MySql, el servidor
web Apache y los intérpretes para lenguajes de script: PHP y Perl.
En la siguiente Grafica 29 presenta el logo de Xampp
Gráfica 29. Logotipo de Xampp
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Instalación De Xampp
Para instalar la última versión de la plataforma se debe descargar del sitio oficial
de la plataforma donde se podrá seleccionar el sistema operativo en la cual se va
a instalar.
Para el desarrollo del proyecto se descargó e instaló la versión 7.1.30 para
Windows, tal como se muestra en el siguiente Grafico 30:
65
Gráfica 30. Versiones de Xampp para Windows
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
La instalación de Xampp en la plataforma Windows sigue el mismo formato que
cualquier otro sistema y es muy intuitivo en el transcurso de los pasos que se debe
seguir para la mencionada instalación. Los pasos básicos que se debe realizar
constan en la siguiente Grafica 31:
Gráfica 31. Versiones de Xampp para Windows
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En la siguiente Grafica 32 seleccionamos los componentes de software que se
van a instalar en el computador.
66
Gráfica 32. Componentes a instalar
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Posteriormente, se debe seleccionar la ruta donde se almacenará todos los
archivos de la plataforma. Habitualmente, por defecto, el sistema se instala en la
carpeta Xampp dentro del disco C, como lo muestra en el siguiente Grafico 33:
Gráfica 33. Ruta de almacenamiento
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
67
Finalmente, una vez que el instalador ha culminado el proceso se inicia la interfaz
gráfica donde se presenta los servicios instalados y los botones para iniciar y
detener dichos procesos, tal como lo muestra en el siguiente Grafico 34:
Gráfica 34. Panel de control de XAMPP
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
BASE DE DATOS PARA LA INFORMACIÓN
Se desarrolló una base de datos en el servidor MySql con la finalidad de almacenar
la información generada por el dispositivo para su posterior consulta a través del
sitio web desarrollado. El sitio web permitirá el acceso a la información estadística
a través de la asignación de un usuario y contraseña correspondiente.
Dependiendo de las políticas de la institución que implemente el proyecto, se
puede disponer de la consulta en el sitio web de manera libre, sin tener que asignar
usuarios y contraseñas a los visitantes del sitio
El siguiente modelo corresponde a la estructura de la base de datos creada que
se presenta en las siguiente Grafica 35 y Grafica 36.
68
Gráfica 35. Modelo de base de datos
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En la Gráfica 36 se muestra la base de datos y sus campos incluidos los datos:
Gráfica 36. Datos almacenados
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
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SERVIDOR WEB
Se ha desarrollado un servidor web al cual que tiene como objetivo recibir los datos
que son enviados desde la placa programable y proceder con su almacenamiento
en la base de datos. El servidor está desarrollado en lenguaje de programación
PHP por ser de fácil uso y la gran cantidad de información disponible en la red por
la comunidad de desarrolladores por ser uno de los líderes en cuanto a software
libre se refiere.
VISOR DE INFORMACIÓN
Para la presentación de los datos obtenidos a través de los sensores y
almacenados en la base de datos, se ha desarrollado una plataforma web que
permite mostrar a través de gráficos estadísticos la evolución de los valores
obtenidos en el estudio. este módulo se ha desarrollado a través de herramientas
de gráficos en PHP para presentar de mejor manera la información al usuario.
A continuación, se describen los elementos que componen el sistema web
desarrollado como parte de la investigación. La aplicación web presenta una
interfaz para que el usuario pueda iniciar sesión en la aplicación. La persona
autorizada deberá ingresar su usuario y contraseña correspondiente.
En la siguiente Gráfica 37 presenta la interfaz de inicio de sesión:
Gráfica 37. Inicio de sesión
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
70
Una vez que el usuario inicia sesión correctamente, la aplicación presenta la
página principal, tal como se muestra a continuación en la siguiente Gráfica 38.
Gráfica 38. Pantalla principal
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Una vez que el usuario pueda visualizar la pantalla principal, en la parte lateral
izquierda se presentan las opciones del sistema, agrupadas en dos módulos, de
acceso y reportes, tal como se muestra en la siguiente Gráfica 39:
Gráfica 39. Pantalla principal
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
71
Cuando se seleccione la opción “usuarios” del módulo accesos, se presentará el
listado de usuarios registrados actualmente y, además, permitirá registrar más
usuarios para que puedan tener acceso al sistema.
En la siguiente Gráfica 40 presenta la administración de usuarios:
Gráfica 40. Administración de usuarios
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación
REPORTES
Se han desarrollado cuatro reportes completamente visuales que presentan la
información recopilada por los sensores y almacenadas en la base de datos del
sistema, con la finalidad que los usuarios puedan ver la evolución por cada uno
de los gases cuyas medidas se obtuvieron.
Los resultados del Dióxido de carbono se los visualiza en la Gráfica 41:
72
Gráfica 41. Reporte de CO2
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Los resultados del monóxido de carbono se los visualiza en la Gráfica 42:
Gráfica 42. Reporte de CO
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
73
Resultados promedio del día se muestra en la Gráfica 43:
Gráfica 43. Promedio diario de CO2
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
A través de las Gráficas mostradas se puede verificar la evolución de la presencia
de los gases medidos y los usuarios podrán tomar las decisiones que se considere
pertinentes.
ENTREGABLES DEL PROYECTO
Para considerar que el proyecto de titulación se encuentra completamente
terminado, se debe presentar los siguientes productos.
Informe de proyecto (Capítulos)
Sensor de captación de gases (monóxido de carbono y calidad del aire) en
base al dispositivo ESP32 en funcionamiento.
Sistema de captura, transmisión y almacenamiento de información
ambiental.
Interfaz de visualización de información ambiental recopilada.
CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA
Para validar que el sistema construido cumple con las características planteadas
al inicio del proceso se verificó, a través de la metodología de prueba denominada
caja negra, que la siguiente funcionalidad mínima se cumpla:
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a) Que los sensores de calidad del aire y de monóxido de carbono obtengan
la información del ambiente.
b) Que al momento en que el sensor de calidad de aire obtenga valores por
encima del valor referencial configurado en el sistema, se encienda un
dispositivo eléctrico como medida de contingencia y simular acciones
concretas ante lecturas por encima del valor máximo.
c) Que la placa ESP32 transmita a través de WiFi los datos obtenidos por los
sensores hacia el servidor web de aplicaciones.
d) Que el servidor de aplicaciones envíe al servidor de base de datos la
información proporcionada por la placa ESP32.
e) Que se almacene correctamente en la base de datos la información
receptada.
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS
Técnicas para el Procesamiento y Análisis de Datos
Para la obtención de los datos ambientales se realizaron una serie de pruebas con
el dispositivo en funcionamiento en diferentes sectores de la ciudad; en el cerro
de Mapasingue, la carrera de Ingeniería en Networking y telecomunicaciones, y a
las afueras del Municipio de Guayaquil, a través de lo cual se logró registrar las
lecturas de la presencia de monóxido de carbono y dióxido de carbono en el
ambiente, después de lo cual se presenta los siguientes resultados en la Gráfica
44:
75
Gráfica 44. Resultados de las mediciones
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Como se puede observar, la gráfica presenta los valores de los datos obtenidos
durante el proceso de pruebas y, se puede identificar que existen picos en las
mediciones, en la cual se realizó la recepción de datos ambientales en los lugares
mencionados con anterioridad.
La presencia de mayores niveles de CO2 en el ambiente se debe a la emisión de
gases de los vehículos que transitan por el lugar que emanan contaminantes al
ambiente, que son detectados por los sensores.
Adicionalmente, se presentan las lecturas obtenidas que corresponden a la
medida de monóxido de carbono en PPM (partes por millón) durante el proceso
de investigación, el cual lo presenta la siguiente Gráfica 45:
76
Gráfica 45. Resultados de las mediciones
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Como se puede apreciar, durante la medición realizada; en el cerro de
Mapasingue, la carrera de Ingeniería en Networking y telecomunicaciones, y a las
afueras del Municipio de Guayaquil se presenta picos de valores altos en la
medición de monóxido de carbono durante dicha prueba. Los valores de monóxido
de carbono varían, de acuerdo a la cantidad de automóviles y otros elementos que
libera dicho gas en el aire. Además, como parte del proceso de análisis, se ha
desarrollado dos reportes adicionales que presentan a los usuarios registrados el
valor promedio captado de manera diaria en el lugar de concentración.
La siguiente Gráfica 46 y Gráfica 47 presentan los resultados mencionados:
Gráfica 46. Promedio por día – CO2
77
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Gráfica 47. Promedio por día – CO
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Los niveles de dióxido y monóxido de carbono presentes en el ambiente durante
el proceso de recopilación de información, se encuentra dentro de los niveles
aceptables que presentan las páginas oficiales que llevan la estadística de los
gases contaminantes presentes en la atmosfera a nivel mundial.
Es así que el Ministerio de trabajo y asuntos sociales de España en su estudio
(NTP 549: El dióxido de carbono en la evaluación de la calidad del aire) menciona
que el dióxido de carbono se encuentra habitualmente a niveles entre 300 y 400
ppm, pudiendo alcanzar en zonas urbanas valores de hasta 550 ppm. Sin
embargo, según el estudio, en ambientes cerrados no industriales pueden
alcanzar valores entre 2000 y 3000 ppm.
Así también, la página CO2.earth que contiene datos estadísticos de la presencia
de CO2 a nivel mundial, menciona que la presencia de este gas en la atmosfera
es, aproximadamente de 411.77 ppm. Se debe considerar, adicionalmente que,
78
con el transcurso del funcionamiento de los sensores, estos obtendrán datos más
precisos.
En la siguiente Gráfica 48, se presenta la página web que se utilizó como
referencia para el análisis de los resultados obtenidos:
Gráfica 48. Promedio de CO2 a nivel mundial
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
INTERFAZ WEB
Para la presentación de los datos obtenidos a través de los sensores y placa
programable, se desarrolló un pequeño sistema web que tiene como finalidad
proporcionar el acceso a los usuarios autorizados y mostrar los resultados
obtenidos.
Esta aplicación garantiza el acceso adecuado a la información y debe cumplir con
las siguientes características que se detallas en el Cuadro 12:
Cuadro 12. Resultados de las pruebas de caja negra
TRANSACCIÓN PRUEBA RESULTADO
79
Inicio de Sesión Ingreso al sistema a través del ingreso de usuario y contraseña asignado. Se verifica que se validen los datos con los registrados en la base de datos
100%
Creación de usuarios
Se verifica que la información de los nuevos usuarios se realice de manera exitosa.
100%
Generación de reporte de medición de CO2
Se genera un gráfico que muestra las mediciones de CO2 obtenidas
100%
Generación de reporte de medición de CO
Se genera un gráfico que muestra las mediciones de CO obtenidas
100%
Generación de reporte de promedio de CO2
Se genera un gráfico que muestra los promedios diarios de las mediciones de CO2 obtenidas
100%
Generación de reporte de promedio de CO
Se genera un gráfico que muestra los promedios diarios de las mediciones de CO obtenidas
100%
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Adicionalmente a lo anterior, durante el proceso de investigación se realizó una
encuesta a personas elegidas al azar en el centro de Guayaquil, en la cual se le
presentó un formulario de preguntas para conocer sus opiniones acerca del tema
de titulación propuesto.
A continuación, se presentan los resultados de dicha encuesta.
Pregunta 1: ¿Considera usted que la contaminación del aire en el cantón
Guayaquil ha llegado a niveles alarmantes?
Cuadro 13. Resultados de la pregunta 1
fi Fi Ni Ni
Totalmente de acuerdo 12 12 19% 19%
80
De acuerdo 18 30 28% 47%
No opine 3 33 5% 52%
En desacuerdo 15 48 23% 75%
Total Desacuerdo 16 64 25% 100%
TOTAL 64 1
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 1:
Cuadro 14. Resultados de la pregunta 1
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
El resultado de esta interrogante nos indica que no existe una completa mayoría
de encuestados que opinen que la contaminación en la ciudad de Guayaquil ya
que, a pesar de que un 47% de los encuestados lo expresa de esa forma, una
mayoritaria cantidad de personas considera que en la ciudad aún no se llega a los
mencionados niveles de contaminación.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Totalmentede acuerdo
De acuerdo No opina Endesacuerdo
TotalDesacuerdo
19%
28%
5%
23% 25%
Series1 Series2 Series3
81
Esto se puede considerar como una señal de que aún no existe la percepción por
parte de la ciudadanía sobre una contaminación mayor en la ciudad.
Pregunta 2: Tienes usted conocimiento sobre si en la ciudad de Guayaquil exista
algún mecanismo de captación de datos medio ambientales que permitan conocer
la calidad del aire
Cuadro 15. Resultados de la pregunta 2
Fi Fi Ni Ni
Totalmente de acuerdo 5 5 8% 8%
De acuerdo 3 8 5% 13%
No opina 1 9 2% 14%
En desacuerdo 25 34 39% 53%
Total Desacuerdo 30 64 47% 100%
TOTAL 64 1
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 2:
Cuadro 16. Resultados de la pregunta 2
82
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Una gran mayoría de encuestados, en un 86% de los participantes, mencionan no
conocer acerca de la existencia en la ciudad de dispositivos o sistemas de
medición de calidad del aire o los mecanismos que utilizan las autoridades de la
ciudad para mantener los niveles de contaminación en niveles que no sean
considerados como peligrosos para la ciudadanía.
Pregunta 3: Considera usted que es importante conocer los niveles de
contaminación por monóxido y dióxido de carbono que tiene la ciudad.
Cuadro 17. Resultados de la pregunta 3
Fi Fi Ni Ni
Totalmente de acuerdo 28 64 44% 6%
De acuerdo 17 36 27% 17%
No opine 8 19 13% 30%
En desacuerdo 7 11 11% 56%
8% 5% 2%
39%47%
Series1 Series2 Series3
83
Total Desacuerdo 4 4 6% 100%
TOTAL 64 100%
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 3:
Cuadro 18. Resultados de la pregunta 3
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
6%
11%13%
27%
44%
Series1 Series2 Series3
84
La gran mayoría de encuestados resaltan la importancia de contar en la ciudad de
Guayaquil con sistemas que permitan conocer acerca de los niveles de
contaminación del aire en los diferentes sectores de la ciudad ya que aquello
permitirá monitorear constantemente la calidad del aire y, en caso de ser
necesario, que las autoridades tomen las medidas necesarias.
Pregunta 4: Considera usted que el conocimiento de los niveles de contaminación
en el cantón permitirá a los ciudadanos a tomar medidas de mitigación adecuadas.
Cuadro 19. Resultados de la pregunta 4
Fi Fi ni Ni
Totalmente de acuerdo 27 27 42% 42%
De acuerdo 16 43 25% 67%
No opine 5 48 8% 75%
En desacuerdo 7 55 11% 86%
Total Desacuerdo 9 64 14% 100%
TOTAL 64 100%
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 4:
Cuadro 20. Resultados de la pregunta 4
85
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
La gran mayoría de los encuestados refiere que en el caso de que el conocimiento
de los niveles de contaminación en la ciudad puede ayudar a la ciudadanía a tomar
diversas medidas de mitigación de los riesgos de la contaminación que pudiera
estarse presentando en el cantón.
Pregunta 5: ¿Cree usted que conocer los niveles de contaminación por monóxido
y dióxido de carbono beneficiará a los administradores de la ciudad para tomar
decisiones adecuadas?
Cuadro 21. Resultados de la pregunta 5
fi Fi Ni Ni
Totalmente de acuerdo 32 32 50% 50%
De acuerdo 19 51 30% 80%
No opina 5 56 8% 88%
En desacuerdo 5 61 8% 95%
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Totalmentede acuerdo
De acuerdo No opina Endesacuerdo
TotalDesacuerdo
42%
25%
8%11%
14%
86
Total Desacuerdo 3 64 5% 100%
TOTAL 64 100%
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 5:
Cuadro 22. Resultados de la pregunta 5
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Totalmentede acuerdo
De acuerdo No opina Endesacuerdo
TotalDesacuerdo
50%
30%
8% 8%5%
87
El 80% de las personas encuestadas mencionaron que las autoridades de la
ciudad podrán tomar decisiones acertadas una vez que tengan el conocimiento
acerca de los niveles de presencia de contaminantes en el aire, por lo cual el
sistema presentado en la propuesta de titulación sería de gran ayuda para la
ciudad.
Pregunta 6: Si existiera una herramienta web para que usted conozca los
resultados de las mediciones del nivel de contaminación en Guayaquil, utilizaría
dicho servicio.
Cuadro 23. Resultados de la pregunta 6
fi Fi ni Ni
Totalmente de acuerdo 29 29 45% 45%
De acuerdo 28 57 44% 89%
No opina 2 59 3% 92%
En desacuerdo 3 62 5% 97%
Total Desacuerdo 2 64 3% 100%
TOTAL 64 100%
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En el siguiente cuadro se muestra el gráfico estadístico de los resultados en
cuanto a la pregunta 6:
Cuadro 24. Resultados de la pregunta 6
88
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
En un total de 89% de los encuestados refieren que estarían de acuerdo en utilizar
una herramienta web que les permita conocer acerca de los niveles de
contaminación detectadas en la ciudad de Guayaquil. Esto permite identificar la
importancia que este tema tiene para los habitantes del cantón y que el sistema
tendría un respaldo mayoritario
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Totalmente deacuerdo
De acuerdo No opina En desacuerdo TotalDesacuerdo
45%44%
3%5%
3%
89
CAPÍTULO IV
Una vez que se ha finalizado el desarrollo del sistema y con el objetivo de
determinar que el funcionamiento se encuentra acorde a las necesidades
planteadas al inicio de la investigación, se han realizado una serie de pruebas de
cada uno de los componentes.
En el siguiente Cuadro 25 se definen cinco aspectos fundamentales para la
aceptación del producto:
Cuadro 25. Criterios de aceptación del producto
ASPECTO CRITERIO
Funcionalidad Se evalúa que el sistema desarrollado, tanto en la parte de Hardware como de software cumpla con las funcionalidades determinadas en los alcances del proyecto.
Usabilidad El sistema de recolección de datos y la interfaz web para la visualización de reportes permiten una interacción intuitiva.
Eficiencia El sistema realiza la recolección de datos de calidad del aire de manera eficiente, sin consumir grandes cantidades de recursos informáticos ni económicos.
Facilidad de Mantenimiento
El sistema se encuentra estructurado de manera ordenada y los cambios propuestos en el futuro pueden ser desarrollados sin mayor impacto.
Confiabilidad El sistema almacena la información de manera adecuada.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
INFORME DE ACEPTACIÓN Y APROBACIÓN PARA PRODUCTOS
Cuadro 26. Criterios de aceptación - Funcionalidad
FUNCIONALIDAD CRITERIO
Adecuación Las funciones desarrolladas en el sistema de recopilación, transmisión y almacenamiento de datos de calidad del
90
aire cumplen con las características definidas en el alcance del proyecto.
Seguridad El acceso al sistema web se encuentra acorde con el inicio de sesión de cada uno de los usuarios que se requiera crear en la aplicación.
Exactitud La información registrada en el sistema mantiene la exactitud con la cual fue registrada.
Conformidad Se presenta la información que fue obtenida por los sensores de calidad de aire y monóxido de carbono en el campo de pruebas.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Cuadro 27. Criterios de aceptación - usabilidad
USABILIDAD CRITERIO
Aprendizaje El sistema desarrollado es de fácil aprendizaje por parte de los usuarios y muy sencillo de utilizar.
Entendimiento Los componentes utilizados en el hardware, así como las funciones del software son de fácil entendimiento de cualquier usuario con un nivel adecuado de conocimientos en informática.
Atracción La interfaz de usuario que fue desarrollada utilizando gráficos estadísticos, ayuda a mantener la atención del usuario.
Operatividad Las operaciones del sistema de recopilación y administración de la información medio ambiental se realizan de manera correcta.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
91
Cuadro 28. Criterios de aceptación – eficiencia
EFICIENCIA CRITERIO
Tiempo El sistema de recopilación de información cumple con los tiempos establecidos en la programación correspondiente.
Recursos El sistema de sensores no consume mayores recursos tecnológicos y, además, el sistema web se puede alojar en algún servidor de aplicaciones sin consumir recursos informáticos exagerados.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Cuadro 29. Criterios de aceptación – facilidad de mantenimiento
FACILIDAD DE MANTENIMIENTO
CRITERIO
Estabilidad El sistema web desarrollado cumple las funcionalidades establecidas durante la investigación y los resultados presentados están acorde a su registro.
Facilidad de Cambios El cambio de componentes o aumento en la funcionalidad del sistema se puede realizar de manera rápida.
Facilidad de Pruebas Los usuarios del sistema pueden comprobar de manera ágil la funcionalidad del software y hardware a través del análisis de la información recopilada.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
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Cuadro 30. Criterios de aceptación – confiabilidad
CONFIABILIDAD CRITERIO
Tolerancia a Errores El sistema programado en la placa ESP32 realiza los reintentos correspondientes en el caso de que se presenten errores en la obtención de datos o transmisión de estos durante un tiempo prudencial, antes de seguir obteniendo valores.
Madurez Se realizaron pruebas durante el desarrollo de la investigación, lo que permite garantizar que se han corregido todos los posibles errores que pudiera tener el sistema.
Facilidad de Recuperación
En caso de un fallo, el tiempo de recuperación del hardware es corto.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
Teniendo en consideración la información presentada en los cuadros anteriores,
se realizó la validación de cada uno de los componentes del sistema, poniendo el
mismo en funcionamiento y validando que los resultados almacenados se
encuentren acorde con los datos captados por los sensores. De esto se deriva el
siguiente cuadro que contiene el informe del aseguramiento de la calidad del
producto desarrollado.
INFORME DE ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD PARA PRODUCTOS.
Cuadro 31.Verificación del sistema – Módulo Acceso
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N° Funcionalidad Resultado
1 Presentar una lista de los usuarios del sistema.
Se listan los usuarios adecuadamente.
2 Registrar un nuevo usuario Se registra un nuevo usuario del sistema.
3 Editar usuario registrado. Permite editar los datos que se ingresó previamente del usuario.
4 Agregar imagen de usuario Permite agregar una imagen de un usuario del sistema.
5 Modificar la imagen del usuario.
Permite modificar la imagen cargada en el sistema.
6 Iniciar sesión Permite al usuario registrado previamente iniciar la sesión de acuerdo con su perfil asignado.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
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Cuadro 32. Verificación del sistema – Recopilación de información
N° Funcionalidad Resultado
1 Recopilación de valor numérico correspondiente a la calidad del aire y conversión a PPM de CO2, acorde a los niveles de exposición
La medición de calidad del aire, a través del sensor MQ135 se realiza de manera correcta y se transforma a PPM.
2 Recopilación de valor numérico correspondiente a la presencia de monóxido de carbono y conversión a PPM de CO, acorde a los niveles de exposición
La medición de calidad del aire, a través del sensor MQ7 se realiza de manera correcta y se transforma a PPM.
3 Transmisión de información recopilada a través de módulo WiFi.
La placa programable envía los datos recopilados a través del módulo Wifi.
4 Recepción de información en el servidor de aplicaciones y almacenamiento en la base de datos.
El servidor de aplicaciones recepta la información enviada por la placa programable y la almacena en la base de datos del sistema.
5 Presentación de informe de evolución la presencia de CO2 en el ambiente
El sistema web presenta la gráfica de evolución de las mediciones de CO2 almacenadas.
6 Presentación de informe de evolución la presencia de CO en el ambiente
El sistema web presenta la gráfica de evolución de las mediciones de CO almacenadas en la base de datos.
7 Presentación de informe de promedios diarios acerca de la presencia de CO2 en el ambiente
El sistema web presenta la gráfica de promedios diarios de las mediciones de CO2 almacenadas.
8 Presentación de informe de evolución la presencia de CO en el ambiente
El sistema web presenta la gráfica de promedios diarios de las mediciones de CO almacenadas.
Elaboración: Beltrán Iván, Villacís Carmen
Fuente: Datos de la investigación.
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CONCLUSIONES
Al finalizar el proyecto de titulación se puede concluir que:
Se determinó que la presencia de Monóxido y Dióxido de carbono en el
ambiente es perjudicial para la salud de las personas según indica la
Organización Mundial de la Salud por lo cual, se realizó la toma de
muestras de la presencia de dichos gases en el ambiente en los siguientes
lugares: en el cerro de Mapasingue, la carrera de Ingeniería en Networking
y telecomunicaciones, y a las afueras del Municipio de Guayaquil
obteniendo los valores considerados normales, altos o peligrosos de
exposición.
Se realizó el diseño de hardware utilizando la placa programable ESP32 y
se desarrolló el código fuente necesario que permite obtener la medición
de “calidad del aire” y “monóxido de carbono” en el ambiente, convertirlos
a unidades de partes por millón (PPM) y almacenarlos en la base de datos,
en donde permite la conexión con el servidor web instalados en una
máquina física.
Se desarrolló una interfaz web amigable que permite visualizar de manera
gráfica la evolución de las mediciones de CO y CO2 captadas a través del
sistema y que los resultados puedan observarse en tiempo real.
La propuesta para desarrollar un sistema de captación de parámetros
ambientales a través de sensores y placas programables de hardware y
software libre de bajo costo es una alternativa viable para la ciudad de
Guayaquil, ya que permitirá mantener actualizados los datos estadísticos
acerca de la presencia de los diferentes gases contaminantes en los
diferentes sectores de la ciudad o en los lugares donde se lo requiera
Según las muestras tomadas en los lugares mencionados en la primera
conclusión se observan niveles de Dióxido de carbono de entre 400 – 550
ppm y Monóxido de carbono de entre 20 - 30 ppm respectivamente de
concentración en el aire, tomando en cuenta las tablas de niveles
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permisivos de estos gases, permanecer más de 8 horas diarias podría
tener consecuencias a largo plazo en la salud de las personas. En el anexo
7 podemos observar una tabla del promedio diario y los lugares en donde
se tomaron las muestras.
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RECOMENDACIONES
Una vez concluida la investigación se presentan las siguientes recomendaciones:
Realizar más estudios acerca de las diferentes placas programables
que existe en el mercado y módulos adicionales con la finalidad de
descubrir nuevas aplicaciones que aporten significativamente en el
desarrollo de la comunidad.
Antes de utilizar los elementos electrónicos descritos, deberá realizar
la investigación en cuanto a los niveles de alimentación eléctrica para
evitar el daño de los dispositivos utilizados.
Presentar a las autoridades competentes la aplicación propuesta con
la finalidad de evaluar la posibilidad de desarrollarlo para la ciudad.
Agregar otros tipos de sensores a la propuesta que permitan captar
una mayor cantidad de gases y tener una cantidad de información
mayor para la mejor toma de decisiones.
Es recomendable que los sensores tengan un precalentamiento de 24
a 48 horas dependiendo del sensor que se utilice para que cualquier
tipo de humedad e impurezas desaparezcan y nos proporcione datos
fiables.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AEMET. (2018). Agencia Estatal de Meteorología. Obtenido de