universidad de guayaquil -...

I

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

DISEÑO DE UN SISTEMA INTELIGENTE DE MONITOREO Y

CONTROL EN TIEMPO REAL PARA TANQUES DE

ALMACENAMIENTO DE GASOLINA UTILIZANDO

TECNOLOGÍA DE HARDWARE Y SOFTWARE LIBRE PARA

PEQUEÑAS Y MEDIANAS EMPRESAS

PROYECTO DE TITULACIÓN

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

AUTORES:

Chamorro Salazar Hamilton Gabriel

TUTOR:

Ing. Jacobo Antonio Ramírez Urbina

GUAYAQUIL – ECUADOR

2019

II

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGIA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS

TITULO: Diseño de un sistema inteligente de monitoreo y control en tiempo real para tanques de almacenamiento de gasolina utilizando tecnología de

hardware y software libre para pequeñas y medianas empresas.

REVISORES:

Ing. Luis Espin Pazmiño, M.Sc Ing. Harry Luna Aveiga, M.Sc

INSTITUCIÓN: Universidad de

Guayaquil

FACULTAD: Ciencias Matemáticas y

Físicas.

CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones

FECHA DE PUBLICACIÓN: N° DE PAGS: 143

AREA TEMÁTICA: Tecnología de la Información y Telecomunicaciones

PALABRA CLAVES: Telemetría, microcomputadores, sensores, actuadores,

sistema digital, tanques de almacenamiento, control en tiempo real

RESUMEN: Este proyecto tiene como finalidad investigar y diseñar un sistema de

monitoreo y control en tiempo real para tanques de almacenamiento de gasolina

utilizando tecnología de hardware y software libre para las pequeñas y medianas

empresas. El diseño permite una gestión eficiente de los inventarios de gasolina

almacenados en taques que pueden tener diferentes formas, para lo cual se

dispone de algoritmos que modelan una ecuación matemática para medir dicho

volumen.

N° DE REGISTRO: N° DE CLASIFICACIÓN:

DIRECCIÓN URL:

ADJUNTO PDF: SI

NO

CONTACTO CON AUTOR: Teléfono:

0961412551

E- mail:

[email protected]

du.ec

CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN: Nombre:

Teléfono:

III

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del trabajo de titulación,

“Diseño de un sistema inteligente de monitoreo y control en tiempo real para

tanques de almacenamiento de gasolina utilizando tecnología de hardware

y software libre para pequeñas y medianas empresas” elaborado por el Sr.

Chamorro Salazar Hamilton Gabriel, Alumno no titulado de la Carrera de

Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones, Facultad de Ciencias

Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del

Título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones, me permito declarar que

luego de haber orientado, estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus partes.

Atentamente

_______________________________

Ing. Jacobo Ramírez Urbina, M.sc.

IV

DEDICATORIA

Dedico este trabajo de titulación a mi

madre, Shirley Salazar ya que ella ha

sido un pilar fundamental en toda mi

etapa estudiantil. A mi padre de crianza,

Javier Toapanta por siempre brindarme

su apoyo de manera incondicional. A mi

tía, Nila Salazar que muchas veces

conté con su apoyo y en este trabajo se

ve reflejado el apoyo de ellos y mi

esfuerzo, gracias a estas personas he

podido llegar hasta donde estoy. Esta es

mi forma de expresar mi gratitud.

Atte. Chamorro Salazar Hamilton Gabriel

V

AGRADECIMIENTO

En primer lugar, agradezco a Dios por

darme sabiduría, fuerza y salud para

poder culminar con esta carrera que

elegí. A mi madre, Shirley Salazar por

estar siempre conmigo dándome ánimos

cuando quise desistir. A mi jefe el Dr.

Darío Aguilera por darme un horario

flexible laboral para poder culminar mis

estudios. A mis compañeros de clases

Víctor, Jaime, Carlos, Leonor y Gabriela

por siempre darnos ánimos y ayudarnos

entre nosotros, gracias por ser los

mejores compañeros que pude tener.

Atte. Chamorro Salazar Hamilton Gabriel

VI

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN

________________________________

Ing. Santiago Ramírez Aguirre, M.Sc.

DECANO DE LA FACULTAD CIENCIAS MATEMATICAS Y

FISICAS

________________________________

Ing. Luis Espin Pazmiño, M.Sc.

PROFESOR REVISOR DEL ÁREA

TRIBUNAL

________________________________

Ing. Francisco Palacios Ortiz, M.Sc.

DIRECTOR DE LA CARRERA DE

INGENIERÍA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

________________________________

Ing. Harry Luna Aveiga, M.Sc.

PROFESOR REVISOR DEL ÁREA

TRIBUNAL

_______________________________

Ing. Jacobo Ramírez Urbina, M.Sc.

PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO

DE TITULACION

_______________________________

Ab. Juan Chávez Atocha, Esp.

SECRETARIO TITULAR

VII

DECLARACIÓN EXPRESA

“La responsabilidad del contenido de este

Proyecto de titulación, me corresponden

exclusivamente; y el patrimonio

intelectual de la misma a la

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”

CHAMORRO SALAZAR HAMILTON GABRIEL

VIII


FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

DISEÑO DE UN SISTEMA INTELIGENTE DE MONITOREO Y CONTROL EN

TIEMPO REAL PARA TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE GASOLINA

UTILIZANDO TECNOLOGÍA DE HARDWARE Y SOFTWARE LIBRE PARA


Que se presenta como requisito para optar por el título de INGENIERO EN

NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

Autor/a: CHAMORRO SALAZAR HAMILTON GABRIEL

C.I. 0923900203

Tutor: Ing. Jacobo Antonio Ramírez Urbina

Guayaquil, 11 de Abril del 2019

IX

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo

Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de

Guayaquil.

CERTIFICO:

Que he analizado el proyecto de titulación presentado por el estudiante

Chamorro Salazar Hamilton Gabriel, como requisito previo para optar por el título

de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones cuyo tema es:

“Diseño de un sistema inteligente de monitoreo y control en tiempo real

para tanques de almacenamiento de gasolina utilizando tecnología de

hardware y software libre para pequeñas y medianas empresas”

Considero aprobado el trabajo en su totalidad.

Presentado por:

CHAMORRO SALAZAR HAMILTON GABRIEL

Cédula de ciudadanía N°. 0923900203


Guayaquil, 11 de Abril del 2019

X



CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING YTELECOMUNICACIONES

Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital

1. Identificación del Proyecto de Titulación

Nombre del Alumno: Chamorro Salazar Hamilton Gabriel

Dirección: Durán primavera 2, sector 2D, Mz. 14 villa 4

Teléfono: 0961412551 E-mail: [email protected]

Nombre del Alumno:

Dirección:

Teléfono: E-mail:

Facultad: De Ciencias Matemáticas y Físicas

Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones

Título al que opta: Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones

Profesor tutor: Ing. Jacobo Antonio Ramírez Urbina

Título del Proyecto de titulación:




XI

Tema del Proyecto de Titulación:




2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de

Titulación A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad

de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar

la versión electrónica de este Proyecto de Titulación

Publicación electrónica:

Inmediata X Después de 1 año

Firma Alumno:

3. Forma de envió:

El texto del Proyecto de Titulación debe ser enviado en formato Word, como

archivo .Doc. O .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden

ser: .gif, .jpg o .TIFF.

DVDROM CDROM X

XII

ÍNDICE GENERAL

APROBACIÓN DEL TUTOR ...............................................................................................III

DEDICATORIA ................................................................................................................ IV

AGRADECIMIENTO ......................................................................................................... V

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN ........................................................................... VI

DECLARACIÓN EXPRESA ............................................................................................... VII

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR .....................................................................IX

ÍNDICE GENERAL ...........................................................................................................XII

ABREVIATURAS ............................................................................................................ XV

SIMBOLOGÍA ............................................................................................................... XVI

ÍNDICE DE CUADROS .................................................................................................. XVII

ÍNDICE DE GRÁFICOS ................................................................................................. XVIII

RESUMEN .................................................................................................................... XX

ABSTRACT ...................................................................................................................XXII

INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................1

CAPÍTULO I ......................................................................................................................3

El problema .................................................................................................................3

Planteamiento del problema ...................................................................................3

Ubicación del problema en un contexto ...............................................................3

Delimitación del problema ...................................................................................6

Formulación del problema ...................................................................................6

Evaluación del problema......................................................................................7

Objetivo general: .................................................................................................8

Objetivos específicos: ..........................................................................................8

Alcances del problema .........................................................................................9

Justificación e importancia ..................................................................................9

CAPÍTULO II ................................................................................................................... 11

El problema ............................................................................................................... 11

Marco teórico ........................................................................................................ 11

Antecedentes del estudio .................................................................................. 11

Fundamentación teórica .................................................................................... 13

Redes de Datos .................................................................................................. 14

XIII

Sistemas Digitales .............................................................................................. 19

Sistemas Embebidos .......................................................................................... 21

Microcomputadores .......................................................................................... 24

Control e Instrumentación Industrial ................................................................. 27

Telemetría y Telecontrol .................................................................................... 31

Fundamentación legal ....................................................................................... 35

Hipótesis ........................................................................................................... 41

Variables de la Investigación .............................................................................. 41

Variable independiente ..................................................................................... 41

Variable dependiente ........................................................................................ 41

Definiciones conceptuales ................................................................................. 41

CAPÍTULO III .................................................................................................................. 43

Metodología de la Investigación ................................................................................ 43

Diseño de la Investigación ..................................................................................... 43

Modalidad de la investigación............................................................................ 43

Tipo de investigación ......................................................................................... 43

Descriptivo ........................................................................................................ 44

De campo .......................................................................................................... 44

Por la factibilidad ............................................................................................... 44

Población y muestra .............................................................................................. 45

Población .......................................................................................................... 45

Muestra ............................................................................................................. 46

Instrumentos de recolección de datos ................................................................... 47

Técnicas............................................................................................................. 47

Recolección de la información ............................................................................... 49

Procesamiento y análisis .................................................................................... 49

Análisis de datos .................................................................................................... 50

Análisis de la encuesta ....................................................................................... 50

Validación de la hipótesis ...................................................................................... 60

CAPÍTULO IV .................................................................................................................. 62

Resultados conclusiones y recomendaciones ......................................................... 62

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................................... 64

Conclusiones ......................................................................................................... 64

XIV

Recomendaciones ................................................................................................. 66

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 68

ANEXOS ........................................................................................................................ 72

Anexo 1 ..................................................................................................................... 72

Cronograma del proyecto ...................................................................................... 72

Anexo 2 ..................................................................................................................... 73

Encuesta................................................................................................................ 73

Anexo 3 ..................................................................................................................... 75

Análisis de Configuraciones y Calibración............................................................... 75

Análisis matemático para el cálculo del volumen de un tanque cilíndrico para

almacenar gasolina. ............................................................................................... 87

Análisis matemático para el cálculo del volumen de un tanque elíptico horizontal

para almacenar gasolina. ....................................................................................... 89

Anexo 4: Diseño, Instalación y Guía de Usuario ......................................................... 92

Requerimientos del diseño .................................................................................... 92

Arquitectura del diseño ......................................................................................... 93

Componentes de la solución tecnológica ............................................................... 94

Pasos para instalar Raspbian: .............................................................................. 101

Aplicación Web Desarrollo y Guía de Uso ............................................................ 109

Integración con el diseño prototipo. .................................................................... 117

Anexo 5: Licencia gratuita intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la

obra con fines no académicos. ................................................................................ 120

XV

ABREVIATURAS

ABP Aprendizaje Basado en Problemas

UG Universidad de Guayaquil

FTP Archivos de Transferencia

g.l. Grados de Libertad

HTML Lenguaje de Marca de salida de Hyper Texto

HTTP Protocolo de transferencia de Hyper Texto

Ing. Ingeniero

CC.MM.FF Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

ISP Proveedor de Servicio de Internet

Mtra. Maestra

Msc. Máster

URL Localizador de Fuente Uniforme

www world wide web (red mundial)

RPI Raspberry Pi

CPU Unidad Central de Procesamiento

SBC Single Board Computer

TCP Protocolo de Control de Transmisión

NAS Network Attached Storage

SAN Storage Area Network

HPC High performance Computing

TI Technology Information

BI Business Intelligence

QOS Quality of Services

RAM Random Access Memory

VM Virtual Machine

HDMI High-Definition Multimedia Interface

GNU GNU's Not UNIX

DNS Domain Name System

SCSI Small Computer System Interface

JPA Java Persistence Api

SPI Serial Peripheral Interface

XVI

PAM Modulación por Amplitud de Pulsos

IEEE Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

PMI Project Management Institute

SIMBOLOGÍA

s Desviación estándar

e Error

E Espacio muestral

E(Y) Esperanza matemática de la v.a. y

s Estimador de la desviación estándar

e Exponencial

XVII

ÍNDICE DE CUADROS

Pág.

CUADRO N. 1 Causas y Consecuencias del problema .......................................................5

CUADRO N. 2 Delimitación del problema.........................................................................6

CUADRO N. 3 Tamaño de la muestra ............................................................................. 46

CUADRO N. 4 Técnica de recolección de datos .............................................................. 48

CUADRO N. 5 Instrumentos de la investigación ............................................................. 48

CUADRO N. 6 Matriz de requerimientos ........................................................................ 63

CUADRO N. 7 Prueba técnica del sensor infrarrojo ........................................................ 76

CUADRO N. 8 Prueba técnica del sensor magnético ....................................................... 77

CUADRO N. 9 Prueba técnica del sensor contacto ......................................................... 79

CUADRO N. 10 Prueba técnica del sensor ultrasonido ................................................... 80

XVIII

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Pág.

Gráfico 1 Red de datos .................................................................................................. 15

Gráfico 2 Red escalable ................................................................................................. 16

Gráfico 3 Tolerancia a fallas........................................................................................... 17

Gráfico 4 Calidad de servicio ......................................................................................... 17

Gráfico 5 Expectativas de privacidad y seguridad........................................................... 18

Gráfico 6 Microprocesador básico de 4 bits ................................................................... 21

Gráfico 7 Componentes lógicos de un sistema embebido .............................................. 23

Gráfico 8 Microcomputador .......................................................................................... 24

Gráfico 9 Raspberry Pi 3 ................................................................................................ 27

Gráfico 10 Servomotor .................................................................................................. 29

Gráfico 11 Innovatronik MS ........................................................................................... 29

Gráfico 12 Tipos de sensores ......................................................................................... 31

Gráfico 13 Sistema de Telemetría mediante GPRS. ........................................................ 33

Gráfico 14 Control Nivel Agua Tinaco Cisterna. .............................................................. 33

Gráfico 15 Telemetría y Telecontrol. ............................................................................. 34

Gráfico 16 Comercializadoras de combustible registradas en el Ecuador ....................... 45

Gráfico 17 Resultado de la encuesta - pregunta No. 1.................................................... 51









Gráfico 26 Resultado de la encuesta - pregunta No. 10.................................................. 60

Gráfico 27 Cronograma del proyecto ............................................................................. 72

Gráfico 28 Sensor infrarrojo .......................................................................................... 76

Gráfico 29 Pruebas con el medidor magnético .............................................................. 77

Gráfico 30 Sensor de contacto ....................................................................................... 78

Gráfico 31 Pantalla LCD para mostrar las medidas obtenidas......................................... 80

Gráfico 32 Parametrización de JMTER ........................................................................... 81

Gráfico 33 Parametrización de JMTER ........................................................................... 82

Gráfico 34 Parametrización de las pruebas técnicas ...................................................... 82

Gráfico 35 Resultado parametrización de las consultas envidadas ................................. 83

Gráfico 36 Resultado de las pruebas técnicas realizadas ................................................ 84

Gráfico 37 Resultado de la encuesta - gráficos ............................................................... 85

Gráfico 38 Resultado de las pruebas técnicas ................................................................ 85

Gráfico 39 Rendimiento del sistema .............................................................................. 86

Gráfico 40 Tanque cilíndrico para almacenar gasolina ................................................... 87

XIX

Gráfico 41 Tanque elíptico horizontal ............................................................................ 89

Gráfico 42 Tanque de almacenamiento cilíndrico con casquetes semiesférico en los

extremos ....................................................................................................................... 91

Gráfico 43 Arquitectura del diseño ................................................................................ 94

Gráfico 44 Microcomputador Raspberry Pi .................................................................... 95

Gráfico 45 Sensor de ultrasonido................................................................................... 95

Gráfico 46 Electroválvula de 110v ................................................................................. 96

Gráfico 47 Tarjeta MicroSD para almacenar el sistema operativo .................................. 97

Gráfico 48 Pantalla LCD 16X2 ........................................................................................ 97

Gráfico 49 Sensor de temperatura digital ...................................................................... 98

Gráfico 50 Sensor de medición de caudal ...................................................................... 98

Gráfico 51 Módulo de componentes de conmutación Arduino ...................................... 99

Gráfico 52 Componentes de cómputo y electrónicos para el diseño del prototipo ....... 100

Gráfico 53 Software Raspbian ..................................................................................... 100

Gráfico 54 Descargar la imagen ISO del sistema .......................................................... 101

Gráfico 55 Tarjeta MicroSD ......................................................................................... 102

Gráfico 56 Formatear e instalar la distribución de Linux en la microSD ........................ 102

Gráfico 57 Habilitando el acceso mediante SSH ........................................................... 103

Gráfico 58 Preconfigurando la Raspberry Pi ................................................................. 103

Gráfico 59 Conexión mediante PuTTY a la Raspberry mediante SSH ............................ 104

Gráfico 60 Consola de Linux mediante conexión SSH ................................................... 104

Gráfico 61 Esquema de la base de dato implementado en MySQL ............................... 108

Gráfico 62 Tablas de la base de datos con contenido obtenido por los sensores y

actuadores .................................................................................................................. 109

Gráfico 63 IDE de desarrollo Java NetBeans ................................................................. 110

Gráfico 64 Pantalla de configuración de pool de datos – Servidor WildFly ................... 111

Gráfico 65 Archivo persistence.xml para configuración de pool de datos ..................... 111

Gráfico 66 Servidor de aplicaciones WildFly corriendo el sistema web......................... 112

Gráfico 67 Pantalla de control – monitoreo en tiempo real ......................................... 113

Gráfico 68 Pantalla de análisis – selecciona parámetro indicador ................................ 114

Gráfico 69 Pantalla de análisis – selecciona rango de fecha ......................................... 114

Gráfico 70 Análisis estadístico – serie temporal de datos ............................................. 115

Gráfico 71 Análisis estadístico descriptivo ................................................................... 115

Gráfico 72 Análisis descriptivo – diagrama de caja ....................................................... 116

Gráfico 73 Análisis descriptivo – datos atípicos en la muestra...................................... 116

Gráfico 74 Reporte gerencial de inventario mensual de gasolina ................................. 117

Gráfico 75 Prototipo de sistema de monitoreo y control de tanques de almacenamiento

de gasolina .................................................................................................................. 118

Gráfico 76 Instalando el sensor de flujo a la tubería de la bomba de agua ................... 118

Gráfico 77 Pantalla LCD de 16X2 midiendo el nivel del agua ........................................ 119

XX




DISEÑO DE UN SISTEMA INTELIGENTE DE MONITOREO Y CONTROL EN

TIEMPO REAL PARA TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE GASOLINA

UTILIZANDO TECNOLOGÍA DE HARDWARE Y SOFTWARE LIBRE PARA


Autores: Chamorro Salazar Hamilton Gabriel


RESUMEN

La presente investigación brinda un enfoque a la problemática que tienen las

empresas que gestionan hidrocarburos como la gasolina, los cuales utilizan

procesos de medición manuales para obtener el volumen cargado en los tanques

de almacenamiento. Uno de los principales puntos de la investigación es

automatizar el proceso de control y monitoreo y tiempo real a través de una

aplicación web que permitirá recopilar la información mediante un controlador

electrónico en el cual se conectan sensores y actuadores, para posteriormente

almacenar los datos, de manera que la información obtenida sea fiable y pueda

estar disponible en tiempo real, a fin de generar reportes gerenciales y detectar

fugas o perdidas. Así mismo, establecer un diseño tecnológico funcional, a las

pequeñas y medianas empresas con las premisas del ahorro en costes de

hardware, software y soporte técnico.

La tecnológico ha tenido avances muy importantes en los últimos años, siendo las

industrias y los comercios quienes han adoptado nuevas tendencias tecnológicas

a fin de automatiza y optimizar sus procesos, el mercado global ha permitido que

XXI

las nuevas necesidades generen oportunidades de negocio, lo que promueve la

innovación de proyectos tecnológicos apoyados en microcomputadores y software

libre, los cuales permiten realizar muchas tareas de cálculos con gran potencia.

Adicionalmente, estos cambios han logrado integrar varios procesos

organizacionales a nivel funcional y operativo, a fin de evaluar las actividades

realizadas diariamente y poder optimizarlas, haciendo uso de las herramientas

informáticas actuales. Existen diversos productos tecnológicos en el mercado que,

con características similares de medición y control remoto, las cuales son

importadas y llegan a tener altos costos de implementación. Considerando,

además que el soporte técnico es extranjero y que puede incurrir en gastos y

tiempos de inoperatividad. Es importante mencionar que las licencias tienen un

costo anual por el uso del producto. Este proyecto de investigación recopilará

información acerca de las necesidades que tienen actualmente las empresas que

gestionan tanques de almacenamiento de gasolina, para luego generar escenarios

y ejecutar pruebas técnicas mediante un prototipo de diseño, que garantizará

automatización del proceso de carga y descarga, además, fiabilidad de la

información y soportes de inventario basados en reportes estadísticos con datos

mensuales a fin de cumplir con los objetivos propuestos.

El uso de hardware y software libre reduce los costes de investigación, diseño e

implementación. Por lo tanto, el diseño final producirá una solución de monitoreo

y control en tiempo real, permitiendo reducir costos operativos y de

mantenimiento, así como costos de consumo eléctrico para las pequeñas y

medianas empresas, el cual podrá ser utilizado mediante un servicio web que

servirá como interfaz de administración y gestión de los tanques de

almacenamiento de gasolina.

XXII




DESIGN OF AN INTELLIGENT SYSTEM OF REAL TIME MONITORING AND

CONTROL FOR GASOLINE CONTAINERS USING HARDWARE

TECHNOLOGY AND FREE SOFTWARE TO APPLY IN SMALL AND MEDIUM

ENTERPRISES

Autores: Chamorro Salazar Hamilton Gabriel


ABSTRACT

This research project is presented as a solution to the problems of companies that

manage hydrocarbons such as gasoline, which use manual measurement

processes to obtain the volume loaded in the gasoline containers, the goal of this

research is automating the process of control and real time monitoring through a

web application that will allow to collect the information by means of an electronic

controller connected with sensors and actuators to later store the data, so that

information will be reliable and available in order to generate management reports

and detect leaks or losses gasoline. On others hand, to establish a functional

technological design to small and medium enterprises, it will design with the

premises of the cost savings in hardware, software and technical support. Due to,

growth of technological advances in industries and companies’ new opportunities

for services and products can be obtained, given the way to new and innovative

technological projects based on microcomputers and free software, which allow

users to access remotely from any computer or mobile device in any place in the

world. In addition, these changes have managed to integrate several

XXIII

organizational processes at functional and operational level, to perform daily

activities in an optimal way by using the current computer tools. In the market there

are many solutions of measurement and remote control, which are exported, and

it has expensive costs of implementation and specialized technical support. Finally,

an important topic, it is the licenses to be paid and renewed annually for the use of

the product. Even though large companies can pay, for small and medium-sized

enterprises is a problem because they cannot make significant investments in

technological solutions. This research project will gather information about the

needs of companies that manage petrol storage tanks, and then generate several

scenarios and run technical tests using a design prototype that will guarantee

Automation of the process of loading and unloading, information reliability and

inventory supports based on reports with monthly data load in order to meet the

proposed objectives. Use of hardware and free software reduces the costs of

research, design and implementation. Therefore, final design will produce a real-

time, low-cost, low-energy monitoring and control solution that is easy to manage

and install for small and medium-sized enterprises, which is integrated into the

organization's network via the Internet. This solution will provide a web service that

will serve as an interface for management and management of fuel storage tanks.

1

INTRODUCCIÓN

La industria y los mercados han adoptado nuevos modelos de negocios

tecnológicos en esta nueva era revolucionaría denominada 4.0, en los cuales los

servicios y procesos están relacionados entre sí, de manera que una apertura

tecnológica influirá notablemente en la calidad del servicio brindado a sus clientes,

la cual repercutirá directa o indirectamente en los estados financieros de las

pequeñas y medianas empresas, por tal razón, los procesos manuales deben ser

cambiados por procesos automatizados y confiables, los cuales administrarán

variables de medición, tiempo y costo (Mercado, 2017). Esta problemática ha

permitido plantear esta investigación en las empresas que gestionan

hidrocarburos como la gasolina, en las cuales sus procesos de medición en

tanques de almacenamientos son manuales, por ejemplo, a través de reglas

numeradas o niveles previamente definidos en la superficie del tanque. La

información recopilada en estos procesos puede llegar tener errores de lectura y

así mismo la generación de los informes finales para registrar los inventarios.

En las presentaciones sobre tecnología de telemetría y telecontrol a nivel mundial,

se ha observado por parte de los partícipes, que las soluciones de hardware y

software libre son una opción real para la implementación de nuevos proyectos y

servicios asociadas a la medición inteligente. Acotando, que, si bien es cierto que

existen productos licenciados y de marcas reconocidas similares en el mercado,

los diseños e implementación de tecnologías de medición y control con software

libre pueden solucionar más de un problema de distintas maneras en comparación

una solución propietaria (Inga Ortega, Arias Cazco, Orejuela Luna, & Inga Ortega,

2013).

La investigación hace énfasis en optimizar los procedimientos de carga y descarga

de gasolina en tanques de almacenamiento con el menor coste posible y el mayor

número de beneficios. Por tanto, es importante, diseñar un sistema inteligente de

monitoreo y control en tiempo real para tanques de almacenamiento de gasolina

2

utilizando tecnología de hardware y software libre para pequeñas y medianas

empresas, de manera que se pueda ahorrar en costes de hardware y software

generando valor agregado a la empresa a través de los controles de inventarios.

En los anexos y guía de instalación, se obtendrá una comparativa más detallada

de las particularidades más notables de la investigación y sobre los componentes

tecnológicos del diseño propuesto, el cual utiliza como controlador electrónico un

microcomputador Raspberry Pi, con procesadores ARM, los cuales brindan

potencia de computo a bajo gasto de energía, consiguiendo procesar información

de manera concurrente a través de sus múltiples núcleos.

Para el diseño se utilizará un sensor de ultrasonido que medirá el nivel de gasolina

en el tanque, y mediante algoritmos computacionales generar el volumen y costo

en tiempo real. Por otra parte, existen dos electroválvulas las cuales controlan la

carga y descarga de la gasolina. Para conseguir esta integración tecnológica se

realizó una investigación teórica, la cual podemos ver en el capítulo II y varias

comparativas entre diferentes configuraciones de medición y escenarios de

pruebas técnicas, para finalmente en base a las necesidades, crear un prototipo

electrónico con interfaces desarrolladas en Python y Shell scripts que se

conectaran a un servidor web, donde se encuentra desplegado el aplicativo web

desarrollado en Java y que contiene las funcionalidades de monitoreo y control en

tiempo real descritas en el capítulo I. Es importante mencionar que el uso de

hardware y software libre a permitido generar comunidades de investigación y

desarrollo para aportar con aplicaciones, sistemas operativos, librerías y utilerías.

3

CAPÍTULO I

El problema

Planteamiento del problema

Ubicación del problema en un contexto

La dinámica productiva ha provocado que las empresas que necesitan almacenar

gasolina para uso interno de la misma busquen optimizar los procesos operativos

de almacenamiento de gasolina a través de la carga y descarga dentro del tanque.

El camión cisterna conecta directamente la manguera para comenzar el proceso

de carga, por consiguiente, el tanque tiene una capacidad almacenamiento

predefinido que deberá ser llenado de acuerdo con las especificaciones técnicas.

Toda esta actividad suele ser manual y necesita de intervención humana, siendo

más propenso cometer un error, por esta razón, es más complicado obtener

informes reales en poco tiempo y determinar si existen pérdidas económicas.

Por otra parte, existe el proceso de descarga, donde se distribuye la gasolina,

durante este periodo se toman medidas de manera manual para calcular el tiempo

y costo por volumen despachado. Por ejemplo, se utiliza una cuerda con un peso

para medir el nivel de gasolina en el tanque, también, en algunos casos se utilizan

reglas que son introducidas por completo para obtener una lectura de profundidad,

más no de volumen total. En consecuencia, este introducirá más errores al

momento de obtener medidas reales, tal como, enviar órdenes para llenado

anticipado del tanque, realizar pedidos muy tardíos, fugas del combustible, etc.

Llegando a tener pérdidas económicas a largo plazo. En Ecuador, las empresas

que brindan el servicio de suministro de gasolina constituyen un motor de

desarrollo económico, tanto por su contribución en la generación de empleo, malla

productiva e ingresos económicos al país; sin embargo, existen muchos factores

que las afectan y requieren de herramientas automatizadas para administrar de

manera eficiente y eficaz los inventarios de almacenamiento (El Comercio, 2012).

El precio de los derivados del petróleo varía de acuerdo con las necesidades

globales, esto provoca que la gasolina muchas veces cueste más. El precio por

4

galón que se paga puede variar sin un control adecuado. Por lo tanto, esto es un

indicador que muestra una mala gestión del almacenamiento de gasolina que

repercute en pérdidas económicas que muchas veces son difíciles de detectar (El

Universo, 2018).

Las empresas tratan de implementar diferentes mecanismos para mitigar que

suceda la pérdida del combustible como verificar que el medidor se encuentre en

cero al momento de cargar, que esté correctamente conectada la manguera a su

respectiva bomba, que la compra de gasolina se de acuerdo con el volumen

consumido por la empresa, etc. Esta problemática, da inicio al presente proyecto

que consta de un controlador electrónico diseñado para medir el flujo de carga y

descarga de la gasolina. También permitirá medir el nivel en tiempo real utilizando

un sistema web informático fácil de usar, intuitivo y capaz de generar reportes

estadísticos con información relevante de los inventarios de almacenamiento. El

impacto de la tecnología ha tenido gran incidencia en los procesos

organizacionales, permitiendo que los sistemas digitales se integren para generar

nuevos desarrollos y modelos tecnológicos que generen valor agregado a la

empresa.

Situación conflicto. Nudos críticos (Donde se origina y cuáles son los

problemas)

Los mecanismos de control manual en algunas empresas con reservorios de

gasolina están expuestos a errores humanos al momento de medir este

combustible, ocasionando un mal inventario con informes de volúmenes

incorrectos, ya que periódicamente se debe realizar de manera manual los

registros a través de los datos obtenidos por una persona, siendo digitados en una

hoja de cálculo para poder determinar los tiempos y costos operativos de carga y

descarga en el tanque de almacenamiento. Otro problema derivado de una mala

gestión de abastecimiento en los tanques de la empresa es no disponer del stock

suficiente para la flota de vehículos de la empresa, siendo estos puntos sensibles

del negocio.

5

CUADRO N. 1 Causas y Consecuencias del problema

CAUSAS CONSECUENCIAS

Altos costos de implementación de

equipos tecnológicos dentro de la

empresa.

La falta de avances tecnológicos en

una empresa provoca que no estén al

nivel competitivo que demanda el

mercado global.

Falta de sistemas tecnológicos para el

control y medición de carga y

descarga del combustible.

No se puede obtener una medida real

del volumen adquirido por el

distribuidor del combustible, lo cual es

traducido en pérdidas.

Falta de reportes gerenciales

automatizados generados a través de

las medidas obtenidas en tiempo real

del tanque de almacenamiento.

Estos reportes no reflejan

correctamente las pérdidas que se

producen diariamente por fugas o

medidas no exactas.

Falta de alarmas en caso de fugas o

pérdidas de nivel de la gasolina

contenida en el tanque principal.

Una fuga de combustible no controlada

a tiempo puede desencadenar un

evento catastrófico como un accidente

laboral de alto riesgo.

Elaboración: Hamilton Chamorro

Fuente: Datos de la investigación

6

Delimitación del problema

CUADRO N. 2 Delimitación del problema

Campo: Tecnología

Área: Microcontroladores y Robótica

Aspecto: Red de sensores y actuadores

electrónicos.

Tema: Diseño de un sistema inteligente de

monitoreo y control en tiempo real para

tanques de almacenamiento de

gasolina utilizando tecnología de

hardware y software libre para

pequeñas y medianas empresas.



Formulación del problema

Muchas empresas que gestionan hidrocarburos como la gasolina, utilizan

procesos de medición manuales para medir el volumen almacenado por el que se

pagó. Entre los procesos de medición más comunes se tienen los siguientes:

reglas numeradas para medir niveles, cuerda atada a un peso, tanque con marcas

de nivel definidas, etc. Por otra parte, los administradores periódicamente deben

analizar los registros de inventario de los datos obtenidos en una hoja de cálculo,

para poder determinar los tiempos y costos operativos de abastecimiento.

¿Cuál es el impacto económico en las empresas surtidoras de gasolina cuando

existe pérdida o fuga de gasolina almacenada en un tanque que no lleva un control

adecuado?

7

¿Qué beneficios y ventajas ofrecería un diseño tecnológico capaz de medir y

controlar la carga y descarga de la gasolina en tiempo real en un tanque de

almacenamiento, mediante hardware y software libre?

Evaluación del problema

Delimitado: Percibe el diseño de un sistema tecnológico, el cual utilizará para

medir y controlar el flujo de carga y descarga de la gasolina mediante sensores y

actuadores electrónicos conectados al tanque de almacenamiento a través de una

interfaz web.

Factible: El diseño propuesto del prototipo tecnológico es viable puesto que los

componentes a utilizar son de bajo costo, flexibles para muchos escenarios

basados en necesidades reales y de consumo mínimo de energía. Se utilizará un

microcontrolador Raspberry Pi, el cual tendrá un módulo electrónico para

mediciones y otro para activar electroválvulas, además, un servicio web

desarrollado en java conectado a una base de datos en MySQL para almacenar

la información. El sistema podrá realizar análisis estadísticos, generación de

reportes, monitoreo en tiempo real y control remoto.

Concreto: La investigación tiene como enfoque estudiar las diferentes

configuraciones de sensores y crear un prototipo tecnológico que monitoree en

tiempo real, controle las válvulas de ingreso y salida de gasolina y finalmente

realice análisis estadístico de la información obtenida.

Evidente: Las empresas que gestionan tanques de almacenamiento de gasolina

tienen procesos operativos de medición y control manual, utilizando herramientas

básicas de medición como cuerdas o reglas nivelas para tomar una medida en el

tiempo. Por tal razón, es prioritario optimizar y automatizar estos procesos.

Original: La Biblioteca General de la Universidad de Guayaquil no tiene

almacenado en sus repositorios un proyecto de similares características y

funcionalidades para medir y controlar el nivel de gasolina en un tanque de

almacenamiento en tiempo real mediante un aplicativo web haciendo uso de

tecnología de hardware y software libre.

8

Identifica los productos esperados: Este prototipo tecnológico permite a las

empresas de almacenamiento de gasolina, automatizar sus procesos de carga y

descarga, utilizando hardware y software libre, frente a soluciones propietarias que

existen en el mercado, las cuales llegan a ser muy costosas. En contra parte, un

microcontrolador es más pequeño, utiliza menos energía eléctrica y su poder de

computo permite ejecutar cálculos complejos en poco tiempo.

OBJETIVOS

Objetivo general:

Diseñar un sistema inteligente de monitoreo y control en tiempo real para tanques

de almacenamiento de gasolina, mediante una interfaz web haciendo uso de

tecnologías de código libre y técnicas de medición de flujo y nivel para mejorar los

procesos operativos de pequeñas y medianas empresas.

Objetivos específicos:

● Estudiar posibles configuraciones aplicadas a los sistemas de instrumentación en tanques de combustible como sensores y actuadores electrónicos.

● Proponer una solución tecnológica para controlar el flujo de carga y

descarga del combustible en tiempo real, así como medir el nivel actual en el tanque de almacenamiento.

● Proponer un sistema de control electrónico y monitoreo continuo a través

de un microcomputador Raspberry Pi con características de bajo costo, bajo consumo energético y de fácil uso.

● Diseñar un sistema informático capaz de generar reportes gerenciales de

manera automática a través de una interfaz web sencilla e intuitiva para el usuario.

9

Alcances del problema

La investigación presente propone un prototipo tecnológico para medir en tiempo

real el nivel y volumen de la gasolina dentro de un tanque de almacenamiento, así

como controlar de manera remota la carga y descarga del combustible mediante

electroválvulas. Se utilizará un microcontrolador Raspberry Pi, al cual se le

programaran varios módulos, los cuales son: módulo electrónico de medición y

control, módulo de sistema informático, módulo de base de datos y finalmente el

módulo de comunicación. El Raspberry Pi, es un microcomputador que ofrece

potencia de cómputo, bajo consumo energético y además posee un reducido

tamaño. Se utilizará el lenguaje de programación java, el cual servirá para

desarrollar el sistema informático y los servicios web. Además, este se ejecutará

sobre un servidor de aplicaciones llamado WildFly, el cual consume pocos

recursos. La base de datos se desarrollará en MySQL y las interfaces electrónicas

en el lenguaje de programación Python.

El sistema tendrá la capacidad de medir con exactitud el nivel de combustible

dentro del tanque de almacenamiento. Por otra parte, permitirá gestionar los

pedidos de combustibles de manera óptima a los distribuidores. Otro aspecto

importante, es la generación de reportes gerenciales basado en la información

adquirida permitiendo a los administradores tomar decisiones en el menor tiempo

posible para evitar pérdidas económicas.

Justificación e importancia

Las empresas que gestionan el abastecimiento de gasolina tienen problemas en

sus procesos operativos de medición y control, puesto que son manuales y

generan costos innecesarios. Se presentará un prototipo tecnológico que permitirá

obtener medidas precisas en tiempo real del nivel y volumen de la gasolina

almacenada en un tanque mediante sensores. También permitirá controlar la

carga y descarga del combustible y generar reportes para la toma de decisión de

la empresa. Esto ayudará a los procesos operativos, de manera que sean óptimos

y fiables previniendo pérdidas del hidrocarburo, lo que reducir tiempos y costos.

Una de las problemáticas más comunes, es medir el nivel físico del tanque, este

10

generalmente es un proceso manual, en el cual se utiliza una regla que se

introduce en el tanque para medir la altura hasta dónde llega el combustible y

partiendo de ese dato calcular el volumen almacenado.

Es importante tener un control del combustible suministrado por parte del

distribuidor, puesto que la carga puede ser ligeramente menor a lo que indica la

orden facturada. Por ejemplo, de una entrega de 10,000 litros, solo se recibe 9990

litros generando un margen de error en el momento de cargar el combustible al

tanque. La cantidad, calidad y precio, son parámetros de control que son

regulados por parte de la Agencia de Regulación y Control Hidrocarburifero

(ARCH) en las estaciones de servicio que comercializan combustibles (Agencia

de Regulación y Control Hidrocarburífero, 2011).

Una manera para determinar el nivel del tanque y poder calcular el volumen del

combustible en caso de no disponer de sensores, es determinar el volumen inicial

y final. Con esta operación se puede determinar los litros consumidos y el

inventario disponible. Las empresas surtidoras de combustible tienen la necesidad

de gestionar correctamente el volumen despachado a los clientes, así como

controlar que el distribuidor cargue exactamente el volumen solicitado en el

tanque.

Las ventajas de tener un sistema de control y monitoreo en tiempo real son

muchas, pero la principal es la de evitar pérdidas económicas difíciles de detectar

sin un buen análisis de costos. También facilitar un registro oportuno y continuo

del inventario de carga y descarga, lo permite optimizar los tiempos de pedidos al

distribuidor de combustible.

11

CAPÍTULO II

El problema

Marco teórico

Antecedentes del estudio

Las empresas que gestionan el abastecimiento de combustible tienen procesos

de carga y descarga manuales, los cuales muchas veces no son óptimos e

impactan en los costos de operación y por ende en la utilidad de la empresa. El

costo del combustible es un factor importante en las finanzas de una empresa, por

esta razón, es necesario buscar mecanismos para controlar, optimizar y ahorrar

este recurso (El Economista, 2017).

Independientemente de si la empresa opera con pocos camiones o tienen que

mantener una gran flota de buses a nivel nacional, la finalidad de la empresa es

seguir siendo rentable. Ciertamente, el gasto de combustible puede llegar hasta

el 50% del total de los gastos de una empresa que administra una flota de

transporte. Es por esto, que es importante no sólo encontrar un modo de reducir

el consumo, sino también de evitar los casos de fuga del combustible, conociendo

el origen de la desviación y la posible solución (El Comercio, 2018). Por ejemplo,

si se produce un derrame o fuga de una cantidad de combustible del tanque de

almacenamiento, bastará con suspender el flujo de combustible apagando la

bomba principal y utilizando arena para contener y retirar el combustible

derramado en el suelo. Después, una vez identificado el problema, se puede

reanudar las operaciones de abastecimiento, identificando cuál tanque de

combustible está comprometido para pasarlo a revisión y reparación técnica.

El combustible es un insumo fundamental para las empresas. Una óptima gestión

del abastecimiento de combustible permite controlar los costos operativos y por

consecuente lograr ahorros significativos. Existen muchas maneras de medir y

controlar el nivel del combustible en un tanque de almacenamiento, por ejemplo,

la manera tradicional es a través de una persona, la cual está encargada de

12

introducir una varilla numerada en el tanque para tomar las medidas de nivel de

combustible almacenado cada cierto tiempo y posteriormente generar un reporte

manual utilizando una hoja de cálculo como Microsoft Excel y así estimar el

volumen. Esta es una de las técnicas más utilizada, sin embargo, es imprecisa

puesto que existen muchos factores que no permiten tener el inventario real del

combustible. Otras alternativas que existen en el mercado para optimizar el

consumo de combustible, es el uso de sistemas tecnológicos, cuyas funciones

facilitan la gestión operativa en las empresas como, por ejemplo, un contador de

litros mecánico o un medidor electrónico de nivel de combustible o volumen del

tanque.

La información obtenida a partir del nivel de combustible y el consumo en tiempo

real, permiten a las empresas prevenir y detectar fugas de combustible. También,

las lecturas tomadas a lo largo del tiempo permiten generar reportes gerenciales

especializados para detectar fugas de combustible o que el distribuidor no haya

cumplido con el llenado del tanque de almacenamiento por el volumen pagado.

Por otro lado, los conductores son más conscientes del consumo de combustible

cuando están siendo monitorizados, es menos probable que se desperdicie el

combustible con actividades ajenas al negocio. Por ejemplo, la información a

detalle sobre el nivel y el consumo de combustible permiten a los administradores

comparar los galones utilizados por cada unidad de transporte, su consumo de

combustible y la distancia recorrida. En el mercado existen productos tecnológicos

que controlan y miden el consumo de combustible otorgando un mayor control del

inventario de combustible, sin embargo, estos productos requieren de un alto

costo de inversión y pueden llegar a requerir servicio técnico especializado. Otro

punto de vista importante, son los avances tecnológicos, que convierten la gestión

de las empresas en procesos automáticos siendo estos, más eficientes y por

consecuente, permiten reducir los costos operativos de almacenamiento de

combustible. Así, muchas empresas pequeñas han podido competir con empresas

de mayor tamaño ofreciendo un servicio diferenciado.

13

Fundamentación teórica

El control y gestión de los tanques de almacenamiento es un proceso operativo

muy importante en las empresas surtidoras de combustible, sin embargo, no todas

empresas tienen automatizado sus procesos, es decir, no han podido invertir en

soluciones tecnológicas que puedan ayudar a: reducir errores de cálculo a la hora

de obtener el volumen del tanque en tiempo real, detectar oportunamente fugas

de combustible, generar informes y reportes gerenciales, etc. y en consecuencia,

dar como resultado un ahorro monetario significativo.

Actualmente, existen empresas surtidoras de combustible que utilizan dos tipos

de tecnologías comúnmente comercializadas para medir los niveles de los

tanques de almacenamiento, estos son: la regla o varilla y la medición automática

(mecánica o electrónica).

El proceso de medición, se ha venido utilizando durante años de manera manual,

siendo un mecanismo poco fiable debido a que puede introducir errores en la

lectura y los cálculos correspondientes, aun así siendo una forma poco eficiente,

la regla o varilla numerada se utiliza con mucha frecuencia, no obstante esto

provoca gastos que no son fáciles detectar a simple vista, estos mecanismos se

encuentran en el mercado a un costo menor comparado con un producto

tecnológico, pero con una precisión deficiente (Departamento de Protección

Ambiental y Planificación Urbana del Condado de Broward, 2016).

Los sistemas digitales realizan la medición de los tanques de almacenamiento de

combustible a través de sensores capaces de obtener el nivel del tanque y calcular

el volumen presente. Por lo tanto, la inversión inicial del prototipo propuesto tiende

a recuperarse a mediano plazo (SAL Y ROSAS & RENZO, 2015).

Otros aspectos importantes que deben considerarse además de la precisión del

controlador electrónico son los múltiples beneficios que da a la empresa como

14

parte de una solución integral al proceso operativo y funcional de abastecimiento

de gasolina, los cuales son los siguientes:

● Control y monitoreo del volumen del tanque de almacenamiento en tiempo

real

● Detección oportuna de fugas

● Generación de reportes e Informes automáticos de carga y descarga

● Optimización del consumo de combustible por unidad de transporte

● Control del inventario de combustible y pedidos al distribuidor

La investigación propuesta medirá el nivel de volumen de combustible presente

en el tanque de almacenamiento, en tiempo real, lo cual permitirá ser un pilar

importante para brindar soporte a las operaciones de logística y administrativa de

la empresa surtidora. Otro beneficio de la investigación permitirá, planificar

correctamente los pedidos a los proveedores de combustible, evitando tener

pérdidas económicas por falta de este insumo. Por esta razón, el presente diseño

de investigación pretende generar un valor agregado a las empresas surtidoras

de combustible, utilizando tecnologías de hardware y software libre mediante un

microcomputador para satisfacer las necesidades y los avances tecnológicos

futuros de la empresa, como parte de las soluciones de telemetría y telecontrol

industrial.

Redes de Datos

Las redes de datos son tecnologías de comunicación que permiten integrar varias

infraestructuras, para transmitir datos de manera desde un punto de origen hasta

un punto de llegada, utilizando protocolos de conmutación o enrutamiento (Walton,

2017).

15

Gráfico 1 Red de datos

Elaboración: Melvyn Peralta.

Fuente: (Peralta, 2015)

Las redes son tecnologías con capacidad de integrar diferentes soluciones

empresariales como: datos, VoIP, videollamadas, correo, etc. en la misma

infraestructura tecnológica. Las redes pueden ser físicas o lógicas y pueden estar

diseñadas sobre otras tipologías de arquitecturas de redes e integrando diferentes

componentes tecnológicos, servicios y protocolos para brindar soluciones con las

siguientes particularidades:

● Escalabilidad: Permiten a una red crecer para aceptar nuevos dispositivos

de comunicación sin afectar el rendimiento de los servicios desplegados en

la empresa. Esta característica depende del diseño jerárquico o modelo de

capas, esto es aplicable tanto para infraestructuras físicas como lógicas.

Cada capa está especialmente diseñada de manera se puedan integrar

nuevos servicios o equipos de telecomunicaciones, sin causar interrupción

en toda la red.

16

Gráfico 2 Red escalable

Elaboración: Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, M. en C. Arturo

Curiel Anaya.

Fuente: (Redes de computadoras - Apuntes digitales, s.f.)

● Tolerancia a fallas: faculta a una red a tener enlaces y dispositivos críticos

estén disponibles en todo momento, por lo cual, la arquitectura de red debe

estar correctamente diseñada y creada para soportar fallas. Una red

tolerante a fallas disminuye el riesgo que produce un punto único de falla

causado por software o hardware. Posee características que permiten

recuperarse inmediatamente después de producirse un evento o

interrupción. Dependen de enlaces o rutas redundantes entre el origen y el

destino, puesto que, si un enlace falla, los procesos de redundancia

permitirán que los mensajes pueden tomar una ruta alter nativa de manera

automática, totalmente transparente para los dispositivos en cada extremo.

Un punto importante es que, a mayor grado de tolerancia a falla, se

incrementan la complejidad de administración y costos.

17

Gráfico 3 Tolerancia a fallas


Curiel Anaya.


● Calidad de servicio (QoS): Permite a una red cumplir con los

requerimientos de calidad en una arquitectura de red diseñada para admitir

diferentes tráficos de red. Cada tipo de servicio tienen diferentes

asignaciones para su transporte de paquetes, es decir, la red debe ser

capaces de identificar y asegurar los distintos tráficos a enrutar.

Gráfico 4 Calidad de servicio


Curiel Anaya.


18

● Seguridad: Las redes deben cumplir con las expectativas de privacidad y

seguridad que demandan el mercado, debido a que todos los días se

encuentran nuevas vulnerabilidades, las cuales pueden exponer

información empresarial sensible y confidencial, o producir la paralización

de los sistemas informáticos. Por tal motivo, se dedica un gran esfuerzo en

mitigar los potenciales riesgos e innovar nuevos esquemas de seguridad

integral.

Gráfico 5 Expectativas de privacidad y seguridad


Curiel Anaya.


Las redes informáticas se clasifican en base a diversos factores como: el alcance,

tecnología y topología. Entre las más conocidas tenemos las redes LAN y WAN

(La Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, 2017).

LAN (Red de Área Local, Local Area Networks): Se utilizan para conectar

equipos en áreas relativamente pequeñas. El alcance de estas redes es de 100

metros. Además, de poseer una velocidad de transmisión de datos muy alta. El

protocolo de comunicación utilizado comúnmente es Ethernet.

WAN (Red de Área Amplia, Wide Area Networks): Este tipo de red permite

establecer comunicaciones entre grandes áreas separadas a cientos de

19

kilómetros incluso, continentes. El ejemplo más notable es Internet, la cual

conforman grandes grupos de redes interconectadas entre si a grandes distancias,

las redes WAN cuentan con una infraestructura tecnológica de alta disponibilidad,

velocidad y capacidad de transmisión.

Sistemas Digitales

Los sistemas distribuidos son tecnología que permiten orquestar de forma

coordinada todo tipo de recursos de hardware o software como, por ejemplo:

cómputo, almacenamiento, aplicaciones específicas, etc. siendo la principal

característica la descentralización. Ofrece una solución escalable y de alto

desempeño gracias a la orquestación y optimización de recursos.

Los sistemas distribuidos han sido parte importante de la evolución de las

telecomunicaciones y nuevos modelos de arquitectura de software. Además, son

sistemas con tolerancia a fallos, es decir, al ser una única red, pero compuesta

por múltiples equipos de cómputo, si alguno falla los otros podrán seguir

realizando su función sin afectar los servicios (Cann, 2016).

Antes de darse el auge de los procesadores y microprocesadores, inicialmente la

mayoría de las funciones digitales u operaciones matemáticas se encontraban

implementadas sobre circuitos integrados. Un circuito integrado es un componente

electrónico que está construido totalmente en un único y compacto paquete de

silicio. Dentro del circuito integrado pueden caber cientos o miles de transistores,

diodos, resistencias y condensadores, con el objetivo de realizar una función

específica de mayor complejidad. Por esta razón, su popularidad y

comercialización los hicieron muy rentables y exitosos en la industria electrónica.

La principal ventaja de los circuitos integrados, frente a una implementación

basada en transistores discretos, es que reducen y facilitan el diseño de

implementación, el tiempo de desarrollo y, por consecuente, el costo final.

Por otro lado, los procesadores y microprocesadores surgieron como producto de

la evolución tecnológica de dos ramas específicas: la computación y los

20

semiconductores. Un microprocesador puede operar con uno o más núcleos de

procesamiento, el cual está constituido por una unidad de registro, una unidad de

control, una unidad aritmética-lógica y una unidad de cálculo de coma flotante

también llamada coprocesador matemático (BBC News, 2011).

Los sistemas digitales basados en microprocesadores poseen un conjunto de

instrucciones programables, hardware y software perfeccionados para

aplicaciones informáticas que demanden operaciones matemáticas complejas a

muy alta velocidad. Por ejemplo, para el procesamiento y captura de señales

analógicas en tiempo real, se utiliza un componente llamado ADC (convertidor

analógico/digital) que recibe las muestras tomadas, las amplifica, las adecua y las

convierte en señales digitales. Adicional, los microprocesadores actuales cuentan

con varios núcleos de procesamiento, lo que permiten ejecutar varios procesos en

paralelo con una alta velocidad y bajo consumo de energía, ver Gráfico 6. Los

microprocesadores son un avance tecnológico con gran potencial para

aplicaciones industriales y científicas a bajo costo, consumo energético, reducido

tamaño y alta velocidad de procesamiento. (Usaregui & María, 1983)

Entre las principales ventajas que ofrecen los sistemas digitales tenemos los

siguientes:

● Alto grado de unificación, llegando a tener diseños con miles de millones

de componentes en un solo chip de tamaño reducido.

● Reducción de costos, debido a la gran demanda global por parte de la

industria electrónica y la economía de escala, la producción y fabricación

de chips en países como china, reduce los costos considerablemente, así

como el costo del producto final.

● Los sistemas digitales son más fiables debido a que introducen algoritmos

y unidades para detección y corrección de errores de bits.

● La velocidad de procesamiento es mayor, y así por ende la de trasmisión

de información a través de canales de telecomunicación.

21

● Gran reducción de tamaño de manera que se pueden implementar

avanzados sistemas digitales de menor tamaño que el de una moneda de

centavo de dólar.

● Reducción del tiempo para localizar averías y reemplazo de componentes

defectuosos.

Gráfico 6 Microprocesador básico de 4 bits

Elaboración: Jesús Alfonso Carvajal Valderrama.

Fuente: (Valderrama, 2014)

“La ley de Moore expresa que aproximadamente cada dos años se duplicará el

número de transistores en un circuito integrado.” (E. Moore, 1965)

Sistemas Embebidos

Es un sistema electrónico especialmente diseñado para realizar funciones

específicas en tiempo real. Por el contrario, las computadoras tienen un propósito

general, pueden realizar diversas tareas en paralelo. Los sistemas embebidos

integran productos especializados, que controlan una o varias funciones, con

22

recursos limitados y en situaciones ambientales extremas. Por ejemplo, los

sistemas de ascensores, sistemas de rieles de trenes y sistemas de encendido,

control de autos, etc. contienen una gran cantidad de componentes embebidos

que controlan: movimiento, conectividad, diagnóstico, energía, ambiente y

seguridad, entre otras funciones (Publicaciones DYNA, 2010).

El principal componente de un sistema embebido es el microprocesador que

contribuye con potencia de cómputo al sistema, también tiene una memoria

interna o externa de gran velocidad, adaptable según los requisitos de la solución.

Los sistemas embebidos tienen diferentes interfaces de comunicación ya se por

medio de cable o inalámbricos, los cuales pueden ser: USB, Ethernet, WiFi, GSM,

GPRS entre otros, ver Gráfico 7. Adicional, se pueden incorporar como medio de

visualización, leds, pantallas LCD o pantallas táctiles. Generalmente se utilizan

baterías como fuente de alimentación en para procesos de recuperación de

suministro eléctrico. Una de las características más importantes de un sistema

embebido son el bajo costo y consumo de energía. Debido a que muchos sistemas

embebidos son desarrollados para ser producidos en masa, el costo por unidad

debe ser un aspecto importante al momento de realizar el diseño (Cortes Aguilar,

2017).

El microcontrolador o microprocesador del sistema embebido se puede programar

en lenguaje ensamblador, o también, utilizando programas para compilar un

lenguaje específico como el C o C++. Cuando el tiempo de respuesta de la

aplicación no es un componente crítico, existen lenguajes orientados a objetos

como Java con el que se pueden realizar aplicaciones empresariales complejas.

Finalmente, el sistema embebido es un componente más incorporado dentro de

un sistema más complejo. Entre las principales aplicaciones que brindan los

sistemas embebidos tenemos:

23

● Sistemas de telecomunicaciones

● Automatización de procesos industriales

● Instrumentación y control automático

● Sistemas de domótica y videovigilancia

● Sistemas de control para electrodomésticos

● Sistemas de control para navegación y geoposicionamiento

● Aplicaciones para juguetes y ocio

● Sistemas periféricos para computadores

Gráfico 7 Componentes lógicos de un sistema embebido

Elaboración: Instituto Nacional de Ciberseguridad.

Fuente: (INCIBE, 2018)

24

Microcomputadores

Un microcomputador es un dispositivo electrónico con altas capacidades de

cómputo, memoria y almacenamiento de datos, cuya principal característica es su

reducido tamaño y costo. Los microcomputadores también son conocidos como

SBC (Single BoardComputer) o computador de placa única, el cual tiene integrado

en sí todos los componentes, tales como: un microprocesador, memoria RAM, un

procesador de video, puertos USB, puertos Ethernet, puertos HDMI y otros

periféricos de entrada y salida. Los microcomputadores son pequeños dispositivos

sencillos de programar y flexibles para desarrollar aplicaciones industriales,

debido a que cuentan por lo general con una distribución sencilla de Linux

(Rodríguez, 2018), ver Gráfico 8.

Gráfico 8 Microcomputador

Elaboración: Cristian Alejandro Muñoz.

Fuente: (Acerca de la Raspberry Pi, 2018)

Tal como se mencionó anteriormente, una de las características más importante

de las placas SBC es su bajo costo. Por lo general las placas SBC son muy

económicas, usualmente no suelen sobrepasar los 100 dólares y cuentan con

todas las características de un ordenador tradicional. Los microcomputadores

ofrecen potencia de procesamiento más que suficiente para proyectos

tecnológicos tales como: telemetría, telecontrol, telecomunicaciones, redes de

25

datos, sistemas distribuidos, servidores, centros multimedia, domótica, sistemas

de auditoría, penetración de sistemas, etc.

Los microcomputadores más populares son:

● Raspberry Pi

● BeagleBone Black

● Pandaboard

● PcDuino

Raspberry Pi

Raspberry Pi es un proyecto que nació en Reino Unido con la finalidad de

estimular la enseñanza de ciencias de la computación en los colegios. Es una

placa única, de reducido tamaño y sencilla de programar, además, es de bajo

costo y consumo energético, en parte porque utiliza software libre, siendo su

sistema operativo oficial una versión adaptada de Debian denomina Raspbian. En

versiones actuales, también permite utilizar una versión gratuita de Windows 10.

Por otra parte, la Raspberry Pi fue diseñada originalmente para enseñar a

programar en institutos educativos, su sistema operativo está basado en una

distribución de Linux denominada Raspbian, la cual cuenta con una interfaz gráfica

muy amigable, también se puede utilizar la consola a través de SSH para ejecutar

comandos. El usuario puede interactuar con el microcomputador a través de un

teclado y mouse. Adicional, cuenta con salidas digitales para comunicarse con el

mundo exterior a través de dos puertos de 40 pines cada uno conocidos como

GPIO (General Purpose Input/Output, Entrada/Salida de Propósito General), ver

Gráfico 9 (Binti Hasim, 2017).

26

El microcomputador Raspberry Pi cuenta con estas principales

características:

● CPU, GPU y RAM: La Raspberry Pi cuenta con un procesador central

(CPU) de 64 bits con arquitectura ARM que trabaja a 1.4 GHz, un tipo de

procesador similar al que tienen los teléfonos inteligentes, la unidad de

procesamiento de gráficos (GPU) puede correr vídeos en full HD y

memoria SDRAM de 1GB.

● HDMI y DSI: Tenemos dos opciones de salida de vídeo, por HDMI o por

DSI (conector de pantalla táctil).

● Red: Gigabit Ethernet y Power-over-Ethernet (PoE).

● Puertos USB: 4 puertos USB 2.0.

● Leds indicadores: Indicadores luminosos de encendido, conectividad y

procesamiento.

● Salida de audio: Conector 3.5mm, (también por HDMI).

● Puerto GPIO: Dos puertos de entradas y salidas de propósito general, con

la capacidad de poder conectar actuadores y sensores.

● Puerto Micro SD: La tarjeta Micro SD, es básicamente el disco duro de la

Raspberry Pi, en ella estará el sistema operativo, demás archivos y

carpetas que queramos almacenar.

● Módulo WiFi y Bluetooth: Cuenta con un módulo de 2.4GHz y 5GHz con

especificaciones IEEE 802.11.b/g/n/ac y, adicional un módulo Bluetooth.

● Módulo CSI: Cuenta con un módulo que permite conectar una cámara

digital compatible con Raspberry Pi.

● Alimentación: La Raspberry Pi funciona correctamente con una fuente de

alimentación de 5v a 2.5A que es suministrada a través de la interfaz micro

USB.

27

Gráfico 9 Raspberry Pi 3

Elaboración: Raspberry Pi Foundation.

Fuente: (Raspberry PI 3 modelo B, 2018)

Uno de los campos de investigación actuales es precisamente la computación

paralela, la cual puede ser implementada sobre estos microcomputadores, esta

disciplina altamente especializada tiene aplicaciones, uno de ellos es

especialmente la minería bitcoin. También es posible aprovechar estos equipos

conectados entre sí como clústeres para diseñar servidores con alta escalabilidad

y tolerancia a fallos. Otra alternativa es la investigación en inteligencia artificial y

big data, planteando soluciones especializadas con plataformas abiertas como

TensorFlow (WhatsNews, 2018).

Control e Instrumentación Industrial

El mundo ha experimentado tres cambios tecnológicos considerables a nivel

industrial. La primera, muestra el uso de las máquinas de vapor en los procesos

productivos, la segunda, cuyo base fundamental fue la electricidad y el manejo de

motores, la tercera, relacionada con el uso de circuito integrado para la fabricación

de ordenadores y la sistematización mediante la electrónica digital. Finalmente, la

cuarta revolución industrial, también llamada 4.0 incorpora avances tecnológicos

como conectividad a través de dispositivos inteligentes, big data, inteligencia

28

artificial, etc. mejorando los procesos industriales, con la premisa de que datos

relacionados directa e indirectamente, también son importantes.

Consecuentemente, permite que la producción se ajuste en función de las

necesidades de un mercado que cambia rápidamente.

La instrumentación puede integrar complejos sistemas para medir, controlar y

monitorear los elementos de un entrono industrial con exactitud y en tiempo real,

también se pude utilizar técnicas de inteligencia artificial para procesos de

aprendizaje automático, como, por ejemplo, reconocimiento de patrones,

detección automática de fallas en la línea de producción, etc. La eficiencia de los

procesos garantiza a la empresa resultados productivos y económicos (Digital

Research S.L, 2016).

Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía neumática, hidráulica

o eléctrica con la finalidad de generar un efecto de activación o desactivación de

un proceso automatizado. Este recibe una señal eléctrica desde un controlador y

en función a ella genera la orden para activar o desactivar un elemento de control

como, por ejemplo, una válvula (González V. R., 2002).

Existen varios tipos de actuadores como son:

● Neumáticos

● Eléctricos

● Electrónicos

● Hidráulicos

29

Actuadores electrónicos: Los actuadores electrónicos son muy utilizados en

sistemas robóticos, como, por ejemplo, los servomotores, ver Gráfico 10.

Gráfico 10 Servomotor

Elaboración: Antony García González.

Fuente: (González A. G., 2016)

Actuadores eléctricos: Un actuador eléctrico requiere energía eléctrica como

fuente de poder para poder accionar un pistón, como, por ejemplo, una

electroválvula, ver Gráfico 11.

Gráfico 11 Innovatronik MS

Elaboración: Andrés Fiallos.

Fuente: (Fiallos, 2018)

Los sensores son dispositivos que transforman magnitudes físicas o químicas en

magnitudes eléctricas, ver Gráfico 12. Un sensor necesita estar bien calibrado

30

para ser útil como dispositivos de medida. La calibración es el procedimiento por

el cual se establece la relación entre la variable medida y la señal convertida.

Los sensores se clasifican básicamente en dos tipos, dependiendo de la forma en

la que la señal es convertida. Los dos tipos son:

● sensores analógicos

● sensores digitales

Un sensor analógico proporciona una señal analógica continua, por ejemplo,

voltaje o corriente eléctrica.

Un sensor digital produce una señal de salida digital, conformada por un conjunto

de bits en serie o paralelo. La señal digital representa el valor de la variable medida

(Aceves, Vargas, Ramos, & Fernandez, 2017).

Los sensores deben constar con las siguientes características:

● Exactitud

● Velocidad de respuesta

● Calibración

● Precisión

● Rango de funcionamiento

● Fiabilidad

31

Gráfico 12 Tipos de sensores

Elaboración: Paola Guimerans.

Fuente: (Guimerans, 2018)

Sensor magnético: Este sensor detecta los campos magnéticos a través de un

par de láminas metálicas ferromagnéticas que se atraen en presencia de un

campo magnético, cerrando el circuito.

Sensor eléctrico: Sensor cuyo funcionamiento está basado en el efecto Hall para

la detección campos magnéticos o corrientes, generando una señal que varía de

acuerdo con la intensidad.

Telemetría y Telecontrol

La telemetría surge a principios del siglo 20 y es utilizada para realizar mediciones

remotas como, medición del sistema de distribución energética, medición de

sistemas de satélites, aeronáutica, globos aerostáticos para medir el clima. La

telemetría aeroespacial se inauguró en 1957 con el satélite soviético Sputnik

posteriormente, las antenas satelitales permitieron a la comunidad científica crear

complejos sistemas de telecomunicaciones alrededor del mundo. En la actualidad

la evolución de los sistemas de telemetría ayuda a realizar investigaciones donde

el hombre difícilmente puede realizar mediciones, como obtener datos de otros

planetas o del fondo marino. Otro campo de investigación es la medicina, donde

32

se pude tener lecturas de parámetros corporales que ayudan a prevenir o detectar

enfermedades o la cirugía realizada remotamente a través de robots (CENGAGE,

2016).

La telemetría es una tecnología que permite medir y monitorear magnitudes físicas

de manera remota. A través de las lecturas continuas, se pueden generar análisis

estadísticos o de comportamiento según la información obtenida. Por lo general,

se utiliza un sistema electrónico que obtiene la información a través de sensores,

la adecua y la amplifica para finalmente ser procesada y enviada a un sistema de

almacenamiento. El funcionamiento de la telemetría se basa en la conversión de

señales captadas por un sensor a señales eléctricas que son transmitidas para su

registro y posterior medición. La telemetría tiene muchas aplicaciones, uno de los

ámbitos más importantes es la industria, por ejemplo, podemos encontrar grandes

panales de control en hidroeléctricas que sirven para supervisar el buen

funcionamiento de los sistemas eléctricos, mecánicos, hidráulicos, etc. Otra forma

de sacarle provecho a la telemetría es la interpretación de la información del

cliente mediante que es registrada por dispositivos inteligentes, la cual mediante

herramientas de análisis de big data permite crear estrategias de ventas o

campañas de marketing, ver Gráfico 13.

La telemetría permite optimizar los procesos agrícolas. La información es captada

por sensores que miden parámetros como: temperatura, pH, presión atmosférica,

humedad, intensidad solar, etc. La información es procesada por un sistema

informático que genera información gerencial o ejecuta procesos automáticos,

como encender una válvula de riego (Righi, 2018).

33

Gráfico 13 Sistema de Telemetría mediante GPRS.

Elaboración: Moisés Meléndez Reyes.

Fuente: (Reyes, 2017)

Los dispositivos eléctricos comenzaron una revolución industrial permitiendo

automatizar muchos procesos de manera eficaz, eficiente y a un menor coste. El

telecontrol nace con la necesidad de obtener el control de dispositivos y equipos

a distancia mediante un controlador con sensores y actuadores. Estos sistemas

tecnológicos permitieron mejorar los procesos industriales sin necesidad de

intervención humana, ver Gráfico 14.

Gráfico 14 Control Nivel Agua Tinaco Cisterna.

34

Elaboración: Moisés Meléndez Reyes.

Fuente: (Nextiafenix, 2018)

Las ciudades inteligentes ocupan un 2% del área urbana y, de acuerdo con

estimaciones de la Organización Mundial de las Naciones Unidas el 70% del

urbana se convertirán en ciudades inteligentes en el 2050. Santiago de Chile,

Ciudad de México, Bogotá, Buenos Aires y Río de Janeiro Madrid son algunas de

las ciudades que incorporan proyectos ecológicos y de infraestructura tecnológica

para mejorar la economía, el desarrollo cultural, social y urbano. Una ciudad

inteligente tiene como objetivo crear un ecosistema tecnológico que permita que

sus habitantes ahorren energía, se reduzca las emisiones de carbono y mejore la

actividad física de las personas como parte de la vida diaria. Un ejemplo de ciudad

inteligente debe integrar tecnología tales como: medidores con sistema de

telemetría, iluminación pública eficiente, fuentes de energía renovable, sistemas

de almacenamiento de energía y dispositivos que mejoren el consumo energético,

ver Gráfico 15 (ARENAS, 2016).

Gráfico 15 Telemetría y Telecontrol.

Elaboración: Genera Soluciones Tecnológicas, S.L.

Fuente: (Genera Soluciones Tecnológicas, S.L, 2018)

35

Fundamentación legal

Las disposiciones legales en Ecuador, que tienen relación con el proyecto y que

deben considerarse son las que a continuación se detallan:

CAPÍTULO I

LOT LEY ORGÁNICA DE TELECOMUNICACIONES

REDES Y PRESTACIÓN DE SERVICIOS DE TELECOMUNICACIONES

Según el art. 9 de la LOT, El concepto de redes de Telecomunicaciones

compatibles con el sistema radica en recursos instrumentos que admiten

transferencia, emisión y recepción de voz, videos, datos o algún ejemplar de señal,

haciendo el uso de dispositivos físicos o inalámbricos, independientes del tipo de

información que pase por el medio. Correa & Barrezueta, (2015:6)

La tarea de poner en marcha o instar la red involucra el establecimiento e

integración de los diferentes componentes activos, pasivos y todas las acciones

incluidas de forma que esta comience a operar. Correa & Barrezueta, (2015:6)

Art. 10 Redes públicas de telecomunicaciones.

Las redes incluidas dentro de una asistencia de servicios públicos de

telecomunicaciones; es decir, otorgar servicios a terceros estará incluida en el

ámbito de una red pública y permitirá su acceso a los que brinden el servicio de

telecomunicaciones que la soliciten, según cumplan lo que se encuentra

establecido en la ley, sus estatutos generales de ejecución y normas que sean

emitidas por la ARCOTEL.

Estas redes de telecomunicaciones de carácter público deben estar diseñadas de

forma abierta, sin contener ningún protocolo ni especificación propietaria, esto

permitirá el vínculo para acceder y conectarse a los servicios, de manera que se

complete la planificación técnica fundamental.

36

Existen varios servicios que pueden ser soportados por las redes públicas, con la

condición de que cuenten con el título habilitante respectivo. Correa & Barrezueta,

(2015:6)

Art. 13 Redes privadas de telecomunicaciones.

Se conoce como redes privadas a las que se usan por personas naturales o

jurídicas con el beneficio exclusivo de estas, con el objetivo de interconectar sus

propiedades, sucursales o centros de datos de su dominio.

Para que sean oficializadas deberá ser conocido por la ARCOTEL para los

distintos casos y en el caso de necesitar el uso de espectro radioeléctrico, se

demandará el uso del título habilitante pertinente.

En las redes privadas se incluye la única satisfacción de la necesidad de la

persona natural o jurídica titular, no se incluye prestar servicios de los que

intervienen a terceros. La interconexión estará sujeta a los estatutos emitidos por

la ARCOTEL quien regulará la validez y normativas vigentes para el uso de las

redes privadas dentro de las telecomunicaciones. Correa & Barrezueta, (2015:7)

Marco Legal del Software Libre en Ecuador

Incluye la recopilación los estatutos legales que corresponden a la ejecución de

las aplicaciones Open Source en la república ecuatoriana. De modo que sea

utilizado de la mejor forma y a su vez los investigadores puedan aportar con

mejoras, pudiendo ser comunicadas a la comunidad de software libre.

Según el decreto 1014 menciona sobre la política pública el uso de las

aplicaciones Open Source las cuales incluyen su sistema y equipos informáticos

propios de instituciones del estado central, teniendo en cuenta lo mencionado por

Richard Stallman en las cuatro libertades. (Silva, 2015)

Excepciones y previsiones

37

● Antes de realizar alguna instalación, en primera instancia los sujetos

necesitan confirmar que exista el personal idóneo en el área técnica y así

pueda abastecer las necesidades de soporte sobre aplicaciones Open

Source. Pero en contraparte en el Ecuador no existe la capacidad técnica

necesaria en las organizaciones, tampoco en las empresas privadas. De

esta manera se evidencia que la mayor parte de productos para desarrollo

impide su implementación.

● Si las aplicaciones propietarias facultan su uso, en el momento que no

haya un producto de Software libre que pueda reemplazarlo, en el caso de

que se evalué el costo beneficio y después de esto se detecte que no sea

conveniente migrar a aplicaciones Open Source o continuar con el

desarrollo de Software Libre, si es demostrada que las aplicaciones

propietarias funcionen de manera correcta. (Silva, 2015).

TÍTULO III

GARANTÍAS CONSTITUCIONALES

Capítulo tercero

Sección quinta

Acción de hábeas data

Art. 92.- Toda persona, por sus propios derechos o como representante legitimado

para el efecto, tendrá derecho a conocer de la existencia y a acceder a los

documentos, datos genéticos, bancos o archivos de datos personales e informes

que sobre sí misma, o sobre sus bienes, consten en entidades públicas o privadas,

en soporte material o electrónico. Asimismo, tendrá derecho a conocer el uso que

se haga de ellos, su finalidad, el origen y destino de información personal y el

tiempo de vigencia del archivo o banco de datos. Las personas responsables de

los bancos o archivos de datos personales podrán difundir la información

archivada con autorización de su titular o de la ley.

La persona titular de los datos podrá solicitar al responsable el acceso sin costo

al archivo, así como la actualización de los datos, su rectificación, eliminación o

38

anulación. En el caso de datos sensibles, cuyo archivo deberá estar autorizado

por la ley o por la persona titular, se exigirá la adopción de las medidas de

seguridad necesarias. Si no se atendiera su solicitud, ésta podrá acudir a la jueza

o juez. La persona afectada podrá demandar por los perjuicios ocasionados.

ACUERDO No. MH-DM-2015-009-AM

ESTATUTO ORGANICO DE GESTIÓN ORGANIZACIONAL POR PROCESOS

DE LA AGENCIA DE REGULACION Y CONTROL HIDROCARBURIFERO,

ARCH

AGENCIA DE REGULACION Y CONTROL HIDROCARBURIFERO

Art. 4 De acuerdo con el tipo de servicio y segmento, los centros de distribución

se clasifican en:

a. Gasolinera.

b. Estación de Servicio.

c. Depósito de Pesca Artesanal.

d. Depósitos Industriales.

e. Depósito para Combustible Naviero Nacional.

f. Depósito para Combustible Naviero Internacional.

Art. 5 La Agencia de Regulación y Control Hidrocarburifero, podrá autorizar el

emplazamiento de un nuevo centro de distribución en donde la infraestructura

existente de la zona no sea suficiente para atender a la demanda del sector y una

vez que el terreno propuesto cumpla con los requisitos descritos en este

instrumento.

Art. 6 Para el emplazamiento de nuevos centros de distribución de combustibles

líquidos derivados de hidrocarburos, biocombustibles y sus mezclas, así como los

centros de distribución mixtos (segmento automotriz) a nivel nacional, deberán

cumplir con los requisitos de este procedimiento y demás leyes vigentes.

39

Art. 7 Los certificados otorgados por los Gobiernos Autónomos Descentralizados,

el Cuerpo de Bomberos, Ministerio de Transporte y Obras Públicas y de otras

entidades según su competencia, son parte de los requisitos previos que deben

presentar en la ARCH para su análisis y posterior autorización de factibilidad o

negación de esta.

Art. 8 La autorización de factibilidad para el emplazamiento de un nuevo centro

de distribución de combustibles líquidos derivados de hidrocarburos,

biocombustibles y sus mezclas, así como los centros de distribución mixtos

(segmento automotriz), no podrá ser objeto de cesión ni transferencia por parte

del beneficiario, de presentarse el acto, la autorización se extinguirá en ese

momento.

Art. 9 La autorización tendrá vigencia de dieciocho (18) meses, tiempo que puede

ser ampliado por única vez a petición del solicitante mediante comunicación, con

treinta (30) días de anticipación de cumplirse el período de validez de la

autorización de la factibilidad, para lo cual deberá adjuntar los documentos

debidamente notariados que justifiquen las razones por las cuales requiere la

extensión del término, mismo que, se otorgará de conformidad con el numeral 1

del artículo 119 del Estatuto del Régimen Jurídico y Administrativo de la Función

Ejecutiva, caso contrario el peticionario deberá reiniciar el trámite cumpliendo con

todos los requisitos establecidos en este procedimiento (ARCH,2015).

Art. 10 Si el peticionario no ha obtenido los permisos correspondientes de

aprobación y habilitación para el inicio de la obra por parte de las entidades

correspondientes, y consecuentemente no ha iniciado la construcción del nuevo

Centro de Distribución dentro de los términos otorgados por esta Agencia, la

Autorización de Factibilidad se extinguirá automáticamente.

Art. 11 Una vez que el solicitante obtenga los permisos por parte de las

Instituciones correspondientes y previo al inicio de la construcción del nuevo

Centro de Distribución, deberá comunicar formalmente a la ARCH, solicitando la

comparecencia de un funcionario que certifique que este nuevo Centro de

40

Distribución será construido en el sitio autorizado y conforme a los términos

establecidos.

DECRETO EJECUTIVO 1215

REGULACIÓN Y CONTROL HIDROCARBURÍFERO

EL REGLAMENTO AMBIENTAL PARA LAS OPERACIONES

HIDROCARBURÍFERAS DEL ECUADOR

DIRECCIÓN NACIONAL DE HIDROCARBUROS

Art. 1 del Decreto Ejecutivo No. 407, en el cual se indica que: Prohíbase el registro

de nuevas instalaciones de almacenamiento y abastecimiento, plantas

envasadoras y centros de distribución de combustibles líquidos derivados de los

hidrocarburos y gas licuado de petróleo, en donde la Agencia de Regulación y

Control Hidrocarburifero, organismo técnico-administrativo de control del

Ministerio de Recursos Naturales No Renovables, determine que la infraestructura

existente para la comercialización de combustibles líquidos derivados de los

hidrocarburos y gas licuado de petróleo, es suficiente para atender la demanda

del mercado (ARCH,2015).

En referencia a temas ambientales, se pondrá énfasis en el Plan de

Contingencias, que se estipulan sobre la base de reglamentos y normativas de

carácter nacional e internacional la cual se resume de la siguiente manera:

● La Constitución Política de la República del Ecuador, vigente.

● La Ley de Gestión Ambiental

● Reglamento a la Ley de Prevención y Control de la Contaminación Ambiental

● El Texto Unificado de la Legislación Ambiental Secundaria, TULAS

● La Ley de Hidrocarburos

41

Hipótesis

¿La presente investigación de un sistema inteligente de monitoreo y control en

tiempo real para tanques de almacenamiento de combustible haciendo uso de

tecnología de hardware y software libre, permitirá optimizar los procesos

operativos de las estaciones de servicios, generar información gerencial para toma

de decisiones y reducir costos financieros por pérdidas o fugas de combustible?

Variables de la Investigación

A partir de la hipótesis detallada anteriormente, se consideran las siguientes

variables.

Variable independiente

Investigar una solución tecnológica de monitoreo y control en tiempo real para

tanques de almacenamiento de combustible haciendo uso de tecnología de

hardware y software libre para optimizar los procesos operativos de carga y

descarga de combustible.

Variable dependiente

Reducción de costos financieros y operativos producidos por fugas o mediciones

incorrectas del combustible.

Definiciones conceptuales

Microcomputador: Es dispositivo electrónico que posee un alto poder cómputo y

memoria RAM. Son de reducid tamaño, consumen poca energía eléctrica y tienen

todos sus componentes completados embebidos en la misma placa.

42

Almacenamiento de información digital: Es la representación digital de la

información que es almacenada en medios digitales, tales como: discos duros,

medios magnéticos, discos compactos (CD) y memorias flash portables.

Código Libre: Hace referencia al uso, modificación y distribución de software

libremente, sin tener que pagar licencias.

Servicios de tecnologías de la Información: Es un conjunto de herramientas

informáticas que tienen como objetivo realizar tareas organizacionales a través de

un proceso operativo automatizado.

Encriptación: Es una técnica matemática, que permite codificar la información

mediante complejos algoritmos, para que no pueda ser descifrada si un atacante

llegará a interceptar el mensaje que es enrutado por la red.

Instrumentación: Es una serie de mecanismos y procesos que permiten medir y

controlar algunas magnitudes físicas, como, por ejemplo, conductividad,

velocidad, humedad, presión, temperatura , caudal, pH, etc.

Sensor: Es un dispositivo que permite medir una magnitud física o química

mediante un transductor.

Transductor: Dispositivo capaz de transformar la energía de magnitud física a

otra magnitud. Por ejemplo, de fuerza de presión a una señal eléctrica.

Rango: Conjunto de valores discretos o continuos que tienen un límite superior e

inferior.

Resolución: Es la medida que brinda mayor exactitud ante el cambio de una

variable de entrada al proceso.

Error: Es el margen de diferencia causada entre el valor medido y el valor real.

Exactitud: Capacidad de un instrumento para generar un valor con el más

pequeño error.

Precisión: Es menor dispersión de valores medidos alrededor del valor real.

Sensibilidad: Es la capacidad que tiene un dispositivo de instrumentación para

responder ante la variación de una señal de entrada, se puede decir que es la

ganancia del instrumento.

Interferencias: Son datos de entradas no deseados C externos o internos que

generan errores de lectura.

43

CAPÍTULO III

Metodología de la Investigación

Diseño de la Investigación

Modalidad de la investigación

El presente proyecto de investigación busca desarrollar un prototipo tecnológico

que permita monitorear y controlar de manera remota y en tiempo real el nivel de

combustible en empresas de abastecimiento. Para esto, se diseñó e implementó

un controlador electrónico a través del microcomputador Raspberry Pi, en el cual

se instalarán varios componentes de software como son: el módulo de aplicación

web, módulo de base de datos, módulo de control y el módulo de comunicaciones.

Adicional, se utilizará un sensor de nivel, un sensor de flujo y dos electroválvulas.

Estos componentes serán visualizados a través de un aplicativo web flexible,

intuitivo y de fácil uso, el cual estará desarrollado en java.

La telemetría y telecontrol permiten crear nuevos modelos de negocios enfocados

al desarrollo e innovación de nuevos servicios industriales, comerciales y de uso

personal automatizados de manera que se ajustan a las necesidades del cliente.

Tipo de investigación

La investigación es de tipo descriptivo, de campo y por factibilidad, en la cual se

diseñará varias pruebas técnicas para obtener mediciones y así analizarlas, de

manera que sustenten y viabilicen la implementación del prototipo tecnológico

propuesto en la investigación. Además, una encuesta que permitirá obtener datos

relevantes para determinar la situación real de las empresas que tienen esta

necesidad de aplicar un nuevo modelo de medición a sus tanques de

almacenamiento de combustible. Entre los tipos de investigación que se ajustan

al tema propuesto, tenemos las siguientes:

44

Descriptivo

El método descriptivo es un instrumento que permite examinar el perfil de la

investigación a través de sus distintas características y propiedades, las cuales

serán medidas y profundizadas para validar los objetivos del caso estudiado. Este

instrumento no modificará la variable de estudio y se centrará únicamente en los

niveles de medición y análisis de información.

Utilizando este instrumento de investigación podremos detallar escenarios de

aplicación, contextos y eventos que nos permitan realizar mediciones y análisis en

busca de las propiedades y características más relevantes para el estudio.

De campo

Este tipo de investigación aprovechará las características y propiedades del objeto

de estudio para un determinado escenario, evento o comportamiento dentro de su

entorno de estudio, permitiendo conocer; el problema, como se origina y el impacto

que conlleva la solución. Para esto se diseñará una encuesta que recopila la

información necesaria del caso de estudio en las empresas dedicadas al ámbito

de almacenamiento de combustible, así examinar mediante un análisis estadístico

cada uno de los criterios consultados en la encuesta y así sostener los objetivos

del estudio.

Por la factibilidad

El diseño propuesto solucionará el problema de medición en los tanques de

almacenamiento de combustible en las empresas dedicadas al negocio. Donde

las mediciones que se realizan son de manera manual, mediante reglas

numeradas que se ingresan directamente al tanque de almacenamiento para

obtener el nivel, llegando a tener lecturas inexactas o erróneas, esto implica

pérdidas económicas por mala gestión del inventario de combustible. Se diseñará

un sistema de medición y control automático para tanques de combustible

utilizando un microcomputador Raspberry Pi que actuará como controlador

electrónico, el cual tiene las capacidades de medir la información mediante el uso

de sensores, y controlar las válvulas de ingreso y descarga de combustible al

45

tanque de almacenamiento, procesar, almacenar y presentar la información a

través de un aplicativo informático web de manera sencilla, intuitiva y que permita

generar reportes gerenciales en base a la información obtenida. Estas tecnologías

de código libre permiten reducir el costo del diseño a implementar, puesto que son

de licencias gratuitas y de libre uso.

Población y muestra

Población

La población elegida para la propuesta consta con un universo de 1062

gasolineras y 17 comercializadoras de combustible registradas en el Ecuador

hasta el 2015. (El Comercio, 2015), para este estudio se considera sólo la

población de Guayaquil que representa al 9.27% de la población total de estudio

en el Ecuador.

Gráfico 16 Comercializadoras de combustible registradas en el Ecuador

Elaboración: El Comercio Data

Fuente: (El Comercio, 2015)

46

Muestra

A partir de la población universo que fue seleccionada para este estudio, es

necesario proyectar el espacio muestral que representará a la población, para lo

cual utilizaremos la siguiente fórmula:

La fórmula que se va a utilizar es la siguiente:

𝑛 = 𝑀

𝑒2(𝑀 − 1) + 1

En donde:

• n es el tamaño de la muestra

• M es el tamaño de la población

• e es el error de estimación

CUADRO N. 3 Tamaño de la muestra

𝑛 = 𝑀

𝑒2(𝑀 − 1) + 1

𝑛 = 1079

(0.06)2(1079 − 1) + 1

𝑛 = 1079

(0.0036)(1078) + 1

M = 1079

e = 6%

n = 221

47

𝑛 = 1079

(3.8808) + 1

𝑛 = 221



Cálculo de la fracción muestral

𝑓 =𝑛

𝑀=

221

1079= 0.2048

El resultado que se obtuvo partir de la fórmula indica que el tamaño de la muestra

está conformado por 221 individuos que son parte de la población total de estudio

en el Ecuador y que deben ser encuestados.

Instrumentos de recolección de datos

Técnicas

La investigación planteada utilizará técnicas e instrumentos que permitirán obtener

la información necesaria para proporcionar la viabilidad del diseño propuesto

mediante la tabulación de la información y el análisis estadístico respectivo.

Un instrumento de medición importante es la elaboración de formularios de

preguntas cerradas o encuestas realizadas a la muestra poblacional del estudio,

lo cual permite tener una visión más clara de la problemática, la solución y el

impacto que tendrá en los procesos operativos de la empresa. La información

48

obtenida será tabulada, analizada y presentada mediante gráficos y conclusiones

por cada preguntada realizada.

Técnicas para usar:

• Campo

• Documentales

CUADRO N. 4 Técnica de recolección de datos

Campo Documentales

Observación Lectura científica

Encuesta Análisis de contenido



Instrumentos de recolección de datos

Una vez definidas las técnicas a utilizar en esta investigación, se seleccionan los

instrumentos que permitirán obtener la información, describirla y presentarla.

CUADRO N. 5 Instrumentos de la investigación

Técnica Instrumentos

Observación Registro de observación

Encuesta Cuestionario



49

Recolección de la información

Para la recolección de la información, se utilizará un registro de observaciones y

un cuestionario de preguntas. El registro de observaciones permitirá obtener los

datos a partir de las pruebas realizadas en el diseño tecnológico propuesto y de

los resultados que generados para probar varios escenarios de esta manera

validaremos los objetivos de la investigación y la viabilidad de implementación.

La encuesta realizada esta dirigida a las empresas abastecedoras de combustible

del Ecuador y permitirá obtener información acerca de la problemática, los

requerimientos y el impacto que tendrá este de implementarse en los procesos

operativos de carga y descarga del combustible, mostrando los resultados de

manera tabulados mediante gráficos y conclusiones de forma clara y objetiva.

Procesamiento y análisis

Posteriormente finalizada las encuestas, es necesario tabular la información

haciendo uso de tablas, hojas de cálculo y gráficos estadísticos que permitan de

manera clara y concisa presentar los resultados desde un punto de vista analítico

y así poder generar la conclusión. Para ponderar la información se debe realizar

lo siguiente:

• Medir las variables existentes

• Exponer la hipótesis

• Validar los resultados

En la etapa de análisis de datos se busca sustentar la validez de la investigación

a través de la solución propuesta. La información obtenida se tabula para

frecuencias, promedios, factores de correlación, etc. Lo cual nos permite generar

indicadores que servirán para cuantificar las variables de investigación y así poder

analizarla la información resultante.

50

El proceso de análisis requiere de seguir los siguientes pasos, tal como se muestra

a continuación:

1. Plantear 10 preguntas a través de una encuesta

2. Encuestar a los individuos pertenecientes a la población de estudio.

3. Tabular y diagramar los resultados mediante gráficos estadísticos tipo

pastel o de barras.

4. Interpretar el resultado obtenido de cada una de las preguntas de la

encuesta indicado lo más relevante con respecto a los objetivos del

estudio.

5. Resumen del resultado obtenido.

6. Validar la hipótesis planteada en la investigación

7. Elaborar el documento detallando los pasos realizados para llegar la

conclusión obtenida.

Análisis de datos

Análisis de la encuesta

Primero se procede a tabular la información en cuadros y gráficos estadística con

ayuda de alguna herramienta estadística u hoja de cálculo. Posterior se genera la

respetiva conclusión.

1. ¿Conoce Ud. mecanismos automatizados para medir el volumen de

combustible de un tanque de almacenamiento?

51

Gráfico 17 Resultado de la encuesta - pregunta No. 1



Análisis: Los resultados obtenidos demuestran que el 91% de las personas

encuestadas no conocen algún mecanismo automatizado para medir el volumen

de combustible de un tanque de almacenamiento, en contraste con un 9% que

conocen de algún producto tecnológico que permiten realizar dichas tareas. Esto

indica, que la mayoría de las personas encuestadas y que administran empresas

de abastecimiento de combustible desconocen de los productos tecnológicos

actuales, los cuales permiten automatizar procesos industriales y brindar una

mejor gestión del abastecimiento de combustible, lo que facilitaría tomar medidas

reales y precisas de manera autónoma.

SI 9%

NO 91%

¿Conoce Ud. mecanismos automatizados para medir el volumen de

combustible de un tanque de almacenamiento?

9%

91%

¿Conoce Ud. mecanismos automatizados para medir el

volumen de combustible de un tanque de almacenamiento?

SI NO

52

2. ¿Cree Ud. que la fuga o perdida de combustible de un tanque de

almacenamiento pueden tener un impacto económico en la empresa?




Análisis: Los resultados obtenidos señalan que el 65.50% de las personas

encuestadas creen que, una fuga o perdida de combustible de un tanque de

almacenamiento puede tener un impacto económico alto en una empresa

abastecedora de combustible, un 28.50% medio y un 6.00% bajo. Esto, indica la

preocupación por parte de la administración de mantener siempre los registros e

inventarios de combustible actualizados y con medidas fiables tomadas en los

Bajo 6.00%

Medio 28.50%

Alto 65.50%

¿Cree Ud. que la fuga o perdida de combustible de un tanque de


6%

29%

66%

¿Cree Ud. que la fuga o perdida de combustible de un tanque de


Bajo Medio Alto

53

tanques de almacenamiento para evitar pérdidas económicas por gastos de

operación y errores de lectura.

3. ¿Cree Ud. que la tecnología para controlar la carga y descarga del

combustible es un aliado estratégico que genera valor agregado a la

empresa?




Análisis: Los resultados obtenidos muestran que el 81% de las personas

encuestadas creen que la tecnología para controlar la carga y descarga de

combustible es un aliado estratégico que genera valor agregado a la empresa.

Mientras un 19% piensa que no. Este comportamiento permite conocer que las

empresas de abastecimiento de combustible tienen una visión más clara de los

Si 81.00%

No 19.00%

¿Cree Ud. que la tecnología para controlar la carga y descarga del


empresa?

81%

19%

¿Cree Ud. que la tecnología para controlar la carga y descarga del


empresa?

Si No

54

beneficios que brinda la tecnología, la cual permite no sólo optimizar sus procesos

de operación, sino reducir costos innecesarios.

4. ¿Conoce Ud. que los reportes gerenciales generados manualmente a

través de las medidas tomadas por mecanismos físicos pueden tener

datos errados y pueden ser causantes de pérdidas económicas?




Análisis: Los resultados conseguidos señalan que un 78.50% de las personas

encuestadas conocen que los reportes gerenciales generados manualmente a

través de las medidas tomadas por mecanismos físicos pueden tener datos

errados y pueden ser causantes de pérdidas económicas. Mientras un 21.50%

piensan que no. En las empresas de abastecimiento de combustible la

importancia de mantener reportes gerenciales con información fiable demanda de

Si 78.50%

No 21.50%

¿Conoce Ud. que los reportes gerenciales generados manualmente a

través de las medidas tomadas por mecanismos físicos pueden tener datos

errados y pueden ser causantes de perdidas económicas?

78%

22%

¿Conoce Ud. que los reportes gerenciales generados manualmente a través de las medidas tomadas por

mecanismos físicos pueden tener datos errados y pueden ser causantes

de perdidas económicas?

Si No

55

mucho tiempo y esfuerzo por parte del personal operativo, además de tener

posibles datos errados lo que finalmente se traduce en gastos financieros.

5. ¿Considera Ud. que los equipos de medición y control electrónico

para tanques de almacenamiento de combustible deben contar con

un aplicativo informático inteligente?




Análisis: Los resultados obtenidos muestran que el 97% de las personas

encuestadas consideran que los equipos de medición y control electrónico para

tanques de almacenamiento de combustible deben contar con un aplicativo

inteligente. Mientras un 3% consideran que no. Esto indica que el personal que

gestiona los inventarios de combustible busca flexibilidad, facilidad y confiabilidad

en una aplicación de monitoreo y control de combustible.

Si 97.00%

No 3.00%

¿Considera Ud. que los equipos de medición y control electrónico para

tanques de almacenamiento de combustible deben contar con un

aplicativo informático inteligente?

97%

3%

¿Considera Ud. que los equipos de medición y control electrónico para

tanques de almacenamiento de combustible deben contar con un aplicativo informático inteligente?

Si No

56

6. ¿En qué porcentaje considera Ud. que un producto tecnológico para

medición y control de combustible permitirá optimizar sus procesos

de inventario y gestión?




Análisis: Los resultados obtenidos en esta pregunta infieren que el 70% de las

personas encuestadas consideran que un producto tecnológico para medición y

control de combustible permitirá optimizar sus procesos de inventario y gestión en

un 80% de efectividad, es decir que la optimización de los procesos operativos no

sólo permitirá automatizar tareas sino reducir costos a través del control del

inventario de combustible en tiempo real.

60% 21.00%

80% 70.00%

100% 9.00%

¿En qué porcentaje considera Ud. que un producto tecnológico para

medición y control de combustible permitirá optimizar sus procesos de

inventario y gestión?

21%

70%

9%

¿En qué porcentaje considera Ud. que un producto tecnológico para

medición y control de combustible permitirá optimizar sus procesos de

inventario y gestión?

60% 80% 100%

57

7. ¿Considera Ud. que el uso de microcomputadores tiene aplicaciones

industriales y comerciales reales?




Análisis: Los resultados obtenidos señalan que un 85.50% considera que el uso

de microcomputadores tiene aplicaciones industriales y comerciales reales,

mientras un 14.50% considera que no. Las empresas buscan no solo reducir

costos sino tener una solución tecnológica de altas capacidades, bajo consumo

energético, tamaño reducido y fácil de administrar, esto lo logramos con el uso de

los microcomputadores que hoy en día los encontramos en el mercado a precios

por debajo de los 100% dólares, el personal técnico y financiero consideran una

gran ventaja trabajar con proyectos basados en tecnología de código abierto que

se adaptan fácilmente a sus necesidades.

Si 85.50%

No 14.50%

¿Considera Ud. que el uso de microcomputadores tiene aplicaciones

industriales y comerciales reales?

86%

15%

¿Considera Ud. que el uso de microcomputadores tiene aplicaciones industriales y

comerciales reales?

Si No

58

8. ¿Considera Ud. que un sensor electrónico de ultrasonido tiene mayor

precisión para medir el nivel de combustible que una varilla

numerada?




Análisis: Los resultados obtenidos señalan que un 79% de las personas

encuestadas consideran que un sensor electrónico de ultrasonido tiene mayor

precisión para medir el nivel de combustible que una varilla numerada, mientras

un 21% considera que no. Este resultado indica la confianza que tienen los

técnicos y administradores de las empresas abastecedoras de combustible en los

sensores electrónicos, como es el caso del sensor de ultrasonido que a través de

ondas mecánicas permiten conocer la profundidad de un fluido y mediante un

cálculo numérico nos permite conocer el volumen del tanque de almacenamiento

en tiempo real, cosa que no es tan fácil ni fiable con los métodos tradicionales de

medición.

Si 79.00%

No 21.00%

¿Considera Ud. que un sensor electrónico de ultrasonido tiene mayor

precisión para medir el nivel de combustible que una varilla numerada?

79%

21%

¿Considera Ud. que un sensor electrónico de ultrasonido tiene

mayor precisión para medir el nivel de combustible que una varilla

numerada?

Si No

59

9. ¿Si le ofreciera un producto tecnológico para medir y controlar el

abastecimiento de combustible en su empresa con alta precisión a

través de una interfaz web de manera remota, sencilla e intuitiva,

estaría dispuesto a comprarlo?




Análisis: Los resultados obtenidos señalan que el 77% de las personas

encuestadas estarían dispuestas a comprar una solución tecnológica que les

permita medir y controlar el abastecimiento de combustible en su empresa con

alta precisión a través de una interfaz web de manera remota, sencilla e intuitiva.

Mientras un 14% considera que no es necesario. Este resultado, nos permite

introducir nuestro producto en el mercado pensando en las necesidades que

tienen las empresas de abastecimiento de combustible brindando calidad,

precisión y fiabilidad, de manera que los administradores puedan realizar su

trabajo a través de un aplicativo informático en sitio o de manera remota,

generando reportes en tiempo real de los inventarios.

Si 86.00%

No 14.00%

¿Si le ofreciera un producto tecnológico para medir y controlar el

abastecimiento de combustible en su empresa con alta precisión a través

de una interfaz web de manera remota, sencilla e intuitiva, estaría

dispuesto a comprarlo?

86%

14%

¿Si le ofreciera un producto tecnológico para medir y controlar el abastecimiento de combustible en su empresa con alta precisión a través

de una interfaz web de manera remota, sencilla e intuitiva, estaría

dispuesto a comprarlo?

Si No

60

10. ¿Cuánto estaría Ud. dispuesto pagar por este producto tecnológico

si le permite a su empresa ahorrar el 100% del gasto por perdida o

fuga de combustible? Escoja un precio a pagar.




Análisis: El siguiente resultado muestra que el 56% de las personas encuestadas

pueden pagar hasta $200 dólares por una solución tecnológica que se adapte a

sus necesidades, el 34% pueden pagar hasta $400 y el 10% hasta $600 dólares.

Esto permite introducir nuestra solución tecnológica en el mercado con un precio

que bordea los $200 dólares implicando factibilidad económica y técnica para

implementar el proyecto en empresas de abastecimiento de combustible.

Validación de la hipótesis

La hipótesis definida en esta investigación indica que el diseño propuesto debe

tener todas las características necesarias para brindar un servicio confiable, rápido

$200 56.00%

$400 34.00%

$600 10.00%

¿Cuánto estaría Ud. dispuesto pagar por este producto tecnológico si le

permite a su empresa ahorrar el 100% del gasto por perdida o fuga de

combustible? Escoja un precio a pagar.

56%34%

10%

¿Cuánto estaría Ud. dispuesto pagar por este producto tecnológico si le

permite a su empresa ahorrar el 100% del gasto por perdida o fuga de

combustible? Escoja un precio a pagar.

$200 $400 $600

61

y seguro a través de un sistema inteligente de monitoreo y control en tiempo real

para tanques de almacenamiento de gasolina, haciendo uso de tecnología de

hardware y software libre lo que permitirá reducir costos financieros por pérdidas

o fugas de combustible.

Los resultados de la pregunta #10 realizados, señala que el 90% de las personas

que administran o supervisan empresas que brindan el servicio de abastecimiento

de gasolina estarían dispuestas a comprar una solución tecnológica entre $200 a

$400 dólares. Una manera de dar a conocer la solución tecnológica propuesta en

esta investigación es a través de una campaña de marketing que permita

incrementar el mercado potencial presentando las características y funciones

principales características en empresas que tengan necesidades similares de

monitoreo y control.

Por otra parte, el análisis de la pregunta #4, indica que el 78.50% de las personas

encuestas prefieren que un sistema automático y fiable genere sus reportes

gerenciales, con la finalidad de conocer en tiempo real los inventarios de gasolina,

las pérdidas y ganancias del proceso de carga y descarga del tanque de

almacenamiento. Esto a su vez, permite que la empresa comience una etapa de

transformación digital lo cual brindará una característica competitiva en el

mercado.

Finalmente, la tecnología de hardware y software libre disminuye

considerablemente los costos operativos y de implementación, puesto que no se

pagan licencias por uso. Los microcomputadores además de brindar diversas

soluciones empresariales son de costo reducido, alto poder de cómputo, y de

pequeño tamaño. Esta tecnología, permite que la solución propuesta sea factible

tecnológicamente cumpliendo con las principales características y objetivos

señalados dentro de la investigación.

62

CAPÍTULO IV

Resultados conclusiones y recomendaciones

A partir de los resultados conseguidos en las pruebas técnicas realizadas como

parte de la investigación para el diseño de un sistema inteligente de monitoreo y

control en tiempo real para tanques de almacenamiento de gasolina utilizando

tecnología de hardware y software libre en empresas surtidoras, podemos concluir

que el prototipo tecnológico tiene todas las funcionalidades y características

necesarias para alcanzar los objetivos propuestos. Las cuales fueron creados en

base a las necesidades que tienen las empresas que almacenan combustibles

tales como la gasolina de manera que se pueda obtener el nivel del tanque de

almacenamiento en tiempo real y con precisión, así mismo poder determinar en

tiempo real el volumen almacenado y el costo real por la compra del insumo. Si

bien es cierto, que los reportes generados a través del aplicativo web, no es parte

de una funcionalidad técnica que requieren las empresas para solventar el

problema raíz, este tiene un trasfondo operativo y económico que se traduce en

indicadores de gestión de pérdidas y ganancias para uso de la gerencia, lo que

permite dar un valor agregado al diseño propuesto en esta investigación. Ver

Anexo 3.

Otro punto importante gira entorno al estudio realizado a las empresas que

cuentan con tanques de almacenamiento de combustible, las cuales fueron

realizadas mediante herramientas de recolección de datos, como son las

encuestas. Como parte de los resultados, se observó que los encuestados

estarían dispuestos a adquirir la solución, si esta cumple con los requisitos que

demanda la problemática, este resultado indica una factibilidad económica de

implementación, la cual es ratificada en las pruebas técnicas que dieron como

resultado una factibilidad tecnológica. Finalmente, el proyecto de investigación se

encuentra enfocado en las pequeñas y medianas empresas que no cuentan con

capacidad económica para realizar una inversión de alto costo, permitiendo

competir en este mercado, con un producto de bajo costo, fiable, de fácil

instalación y uso.

63

CUADRO N. 6 Matriz de requerimientos

REQUERIMIENTOS ACEPTACIÓN

Estudiar los sistemas de instrumentación

con sensores y actuadores electrónicos

aplicados a la medición y control de

tanques de almacenamiento de gasolina.

Configuración de válvulas

electrónicas, sensor de ultrasonido y

sensor de temperatura integrados en

un controlador electrónico.

Controlar el flujo de carga y descarga de la

gasolina en tiempo real, así como el nivel

actual.

Módulo informático con una interfaz

electrónica para activar y desactivar

las válvulas de control.

Investigar un controlador electrónico con

características de alto poder de cómputo,

bajo consumo de energía, bajo costo y de

fácil uso.

Uso del microcomputador Raspberry

Pi para la implementación del

controlador electrónico y sistema

informático web.

Diseñar un sistema informático web

flexible, de fácil uso e intuitiva que permita

controlar y medir en tiempo real.

Se implementó una aplicación web en

Java y PrimeFaces, la cual dispone

de servicios web e interfaces de

ejecución de comandos remotos.

Conocer si las empresas pequeñas y

medianas tienen la necesidad de integrar

un sistema de control y medición en tiempo

real en sus procesos operativos para

optimizarlos.

El 86% de las personas encuestadas

en la pregunta #9, estarían

dispuestas a comprar la solución

tecnológica propuesta.

Generar reportes gerenciales con

indicadores y análisis de datos.

Sistema informático web con

funcionalidad para generar reportes

gerenciales, basado en los análisis

estadísticos de los datos obtenidos

por los sensores.

Presentar una guía de uso e instalación del

diseño tecnológico para su implementación

en pequeñas y medianas empresas.

Se generará un documento anexo

con el cual se podrá realizar la

implementación y uso de la solución

propuesta.



64

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

El diseño propuesto como parte del proyecto de investigación cubre todas las

necesidades de medición y control automático en tanques de almacenamiento de

gasolina que tienen las empresas que gestionan este hidrocarburo, de manera

que a través de esta solución se optimizarán los procesos operativos de carga y

descarga a través de un sistema informático web que se conecta hacia un

controlador electrónico en tiempo real y de forma remota. Ver Anexo 4.

El estudio de las configuraciones de medición a través de sensores se lo realizó

con cuatro tipos, los cuales son: de contacto, magnéticos, infrarrojo y de

ultrasonido, estos fueron probadas en base a la ficha técnica de cada fabricante,

de manera que se evaluó la factibilidad técnica de cada uno de ellos para medir el

nivel del fluido en el tanque de almacenamiento, concluyendo que: el sensor de

ultrasonido presenta mayores ventajas y beneficios frentes a los otros tipos de

sensores, siendo una de las mayores características el alcance que este tiene

pudiendo tomar lecturas desde 4 hasta los 1000 metros, dependiendo de la

calidad y costo de este. Otra característica importante dentro de esta conclusión

es que el sensor no es invasivo, es decir, no está en contacto con el fluido, es de

fácil instalación, baja tasa de error y bajo costo. Ver Anexo 3.

El diseño permite una gestión eficiente de los inventarios de gasolina

almacenados en taques que pueden tener diferentes formas, para lo cual se

dispone de algoritmos que modelan una ecuación matemática para medir dicho

volumen. Es por tal razón, que la solución propuesta es adaptable a las

necesidades del cliente, puesto que todo el sistema tecnológico es modular,

sencillo, flexible, seguro y fácil de instalación, ofreciendo nuevas ventajas y

beneficios frente a una solución propietaria o bajo licenciamiento. Ver Anexo 3.

El diseño tecnológico esta implementado en dos componentes principales:

primero el controlador electrónico, el cual utiliza un microcomputador Raspberry

Pi cuyo hardware es libre, con un costo aproximado de $70 dólares y con un

procesador Cortex-A53 de 64bits a 1.4Ghz, lo que permite desarrollar e investigar

65

soluciones a la medida del cliente. Por otro lado, se utilizará interfaces electrónicas

para comunicar los actuadores y sensores con el software que procesará la

información hacia el servicio web y la base de datos. El sistema web implementa

la lógica de negocio mediante el lenguaje de programación Java y modelo

multicapas, también se utiliza Python para diseñar el disparador de eventos

automático, dando como resultado un sistema de telemetría y telecontrol de alta

calidad con un costo competitivo en el mercado, siendo su mayor nicho las

pequeñas y medianas empresas cuya necesidad es medir y controlar en tiempo

real la carga y descarga de la gasolina. Adicionalmente, estos se selecciona un

microcomputador como controlador electrónico, debido a que consumen una

corriente eléctrica muy baja lo que reduce los costos relacionados al

mantenimiento y operación del diseño propuesto. Ver Anexo 4.

Las pruebas técnicas realizadas cubren los escenarios cuya base está

fundamentada en la necesidad descrita en el objetivo principal del proyecto de

investigación, lo que garantiza un diseño tecnológico que automatiza los procesos

operativos de medición y que brinde soporte al proceso financiero mediante

reportes gerenciales, que son generados por la aplicación web en cualquier

instante. Otra prueba realizada consistió en validar el rendimiento del

microcomputador Raspberry Pi y de la aplicación informática en tiempo de

ejecución, para lo cual se utilizó la herramienta JMeter que es capaz de enviar

varios hilos de peticiones de manera concurrente en un periodo de un segundo.

Se enviaron entre 50 a 500 peticiones HTTP por segundo para estresar al

hardware y software obteniendo como resultado solo un incremento del 15% del

total de memoria utilizada que es en promedio 600MB y de un 70% de uso de

procesador, siendo un indicador importante de factibilidad tecnológica, a su vez

que permite crear futuras mejoras en los módulos o procesos internos del diseño

para ampliar sus posibilidades de uso hacia otros mercados. Ver Anexo 4.

Finalmente, el análisis de la encuesta desarrollada en el Capítulo III, sustenta la

viabilidad de implementar el diseño en términos económicos, puesto que el 86%

de los encuestados, indicaron que tienen la necesitan adquirir una solución

automática de medición y control en tiempo real mediante un aplicativo informático

66

web de fácil uso y que se encuentre dentro de su presupuesto de inversión

tecnológica.

Recomendaciones

Se recomienda investigar y hacer uso de otras configuraciones de instrumentación

como sensores infrarrojos, de presión y químicos, dentro de la solución propuesta,

a fin de explotar nuevas características y funcionalidades que se pueden brindar

a las empresas e industrias.

Se crearon cuatro escenarios de pruebas técnicas para observar las

características y funcionalidades del diseño tecnológico propuesto, por lo cual se

recomienda analizar y crear nuevos escenarios de medición, los cuales pueden

ser, por ejemplo: piscinas de cultivo, acuarios, sistemas de procesamientos de

agua, etc. a fin cubrir otras necesidades tecnológicas que demande el mercado.

Para obtener mejores resultados en las pruebas técnicas realizadas, y así poder

determinar qué tipo de funcionalidades se pueden desarrollar e implementar, se

recomienda separar el aplicativo informático web en servidor independiente de

manera que un servicio liviano puede ser levantado y consumido por el aplicativo

externo, mejorando notablemente el rendimiento. De esta manera, se pueden

ofrecer otros tipos de servicios de software que amplían y utilizan todas las

capacidades de hardware que tiene el Raspberry Pi.

Para disminuir el costo de producción masiva del diseño tecnológico, se optar por

una cadena de ensamblaje rápida y de bajo costo, como por ejemplo en China, a

fin de reducir el precio de venta final por cada unidad, lo cual es beneficioso y por

ende ofrecerá la oportunidad de expansión a otros países a través del mercado

global.

Se recomienda utilizar otras herramientas de pruebas de estrés y de auditoria en

el diseño de investigación, a fin de obtener métricas complejas que avalen la

calidad del producto final y sus principales funcionalidades y características. Esta

información permitirá agregar mejoras en rendimiento y experiencia de usuario.

67

Para mejorar el acabado estético del diseño se recomienda adquirir un case

acrílico transparente que se ajuste al tamaño del producto final. Además, utilizar

una fuente de energía renovable como un panel solar conectado a baterías de alta

duración con la finalidad de que la solución sea portable y más atractiva al público

y así, crear una campaña de marketing para expandir el mercado potencial.

68

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72

ANEXOS

Anexo 1

Cronograma del proyecto

Gráfico 27 Cronograma del proyecto

73

Anexo 2

Encuesta



INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

Diseño de un sistema inteligente de monitoreo y control en tiempo real para

tanques de almacenamiento de gasolina utilizando tecnología de hardware y

software libre para pequeñas y medianas empresas.

Estamos interesados en conocer su opinión, por favor, ¿sería tan amable de

contestar la siguiente encuesta? La información que nos proporcione será

utilizada para conocer las necesidades y problemáticas que tienen las

pequeñas y medianas empresas que gestionan tanques de almacenamiento

de gasolina.

El cuestionario dura 5 minutos aproximadamente. Gracias.

1. ¿Conoce Ud. mecanismos automatizados para medir el volumen de combustible

de un tanque de almacenamiento?

a) Si

b) No

2. ¿Cree Ud. que la fuga o perdida de combustible de un tanque de almacenamiento

pueden tener un impacto económico en la empresa?

a) Bajo

b) Medio

c) Alto

3. ¿Cree Ud. que la tecnología para controlar la carga y descarga del combustible es

un aliado estratégico que genera valor agregado a la empresa?

a) Si

b) No

74

4. ¿Conoce Ud. que los reportes gerenciales generados manualmente a través de las

medidas tomadas por mecanismos físicos pueden tener datos errados y pueden

ser causantes de pérdidas económicas?

a) Si

b) No

5. ¿Considera Ud. que los equipos de medición y control electrónico para tanques

de almacenamiento de combustible deben contar con un aplicativo informático

inteligente?

a) Si

b) No

6. ¿En qué porcentaje considera Ud. que un producto tecnológico para medición y

control de combustible permitirá optimizar sus procesos de inventario y gestión?

a) 60%

b) 80%

c) 100%

7. ¿Considera Ud. que el uso de microcomputadores tiene aplicaciones industriales

y comerciales reales?

a) Si

b) No

8. ¿Considera Ud. que un sensor electrónico de ultrasonido tiene mayor precisión

para medir el nivel de combustible que una varilla numerada?

a) Si

b) No

9. ¿Si le ofreciera un producto tecnológico para medir y controlar el abastecimiento

de combustible en su empresa con alta precisión a través de una interfaz web de

manera remota, sencilla e intuitiva, estaría dispuesto a comprarlo?

a) Si

b) No

10. ¿Cuánto estaría Ud. dispuesto pagar por este producto tecnológico si le permite

a su empresa ahorrar el 100% del gasto por perdida o fuga de combustible? Escoja

un precio a pagar.

a) $200

b) $400

c) $600

75

Anexo 3

Análisis de Configuraciones y Calibración

En el mercado tecnológico existen muchos tipos de sensores electrónicos que

permiten realizar la misma medición basado en diversos factores físicos o

químicos. Los sensores evaluados dentro de esta investigación están clasificados

en cuatro tipos: infrarrojos, magnéticos, de contacto eléctrico y ultrasonido. (Tracy,

2016)

Los sensores infrarrojos se encuentran dentro del espectro electromagnético que

van desde los 0.75 a 1000 micrómetros, la base de funcionamiento radica en emitir

una longitud de onda sobre un cuerpo que absorbe y reemite parte de la radiación

incidente, de manera que un receptor se encarga de leer la diferencia o perdida.

(Melero, 2011)

∝ (𝜆) + 𝜚(𝜆) + 𝜏(𝜆) = 1

Donde alpha es la reflectancia, rho la absorción y tau la transmitancia del cuerpo.

Un claro ejemplo de factor de absorción igual a uno es un espejo ideal, que refleja

toda la radiación incidente, al contrario de un cuerpo opaco que refleja y absorbe.

Entre las ventajas más relevantes para este tipo de sensores tenemos:

• Bajo costo

• Bajo voltaje de uso

• Fácil integración con interfaces electrónicas

• Detección de calor

Entre las desventajas podemos encontrar las siguientes:

• Corto alcance, no son buenos para mediciones de larga distancia

• Interferencia con la luz visible, el clima y otros factores atmosféricos

• Baja velocidad de trasmisión de datos

76

• Interferencia de lectura por objetos opacos que se interponen al momento

de medir

Sensor de Infrarrojo

Gráfico 28 Sensor infrarrojo



CUADRO N. 7 Prueba técnica del sensor infrarrojo

Modelo Consumo

Eléctrico

Distancia

Máxima

No. de

observaciones

% de

error

FC-51 43mA 30 cm 40 6%



Los sensores magnéticos, poseen la característica de detectar una variación

magnética gracias un dispositivo resistivo que reacciona ante la proximidad de un

imán, estos pueden usarse para el propósito de la investigación como

interruptores de nivel, es decir varios sensores colocados estratégicamente para

tener una medida relativa del total del volumen.

77


• Bajo costo

• De acción inmediata





• No permiten mediciones lineales, son interruptores

• Aumenta el costo y la complejidad cuantos más puntos de medición existan

• Interferencia de lectura por substancias ferromagnéticas

Sensor Magnético

Gráfico 29 Pruebas con el medidor magnético



CUADRO N. 8 Prueba técnica del sensor magnético

Modelo Consumo

Eléctrico

Distancia Máxima No. de

observaciones

% de

error

KY-003 8mA Depende del campo

magnético para esta prueba

40 3%

78

se considera un imán

pequeño a máximo 5 cm



Los sensores de contacto eléctrico son los más sencillos, permiten activarse en

cuanto entran en contacto con un objeto o substancias cerrando un circuito

eléctrico, estos pueden ser por acción mecánica, neumática o eléctrica.


• Bajo costo

• De acción inmediata





• No permiten mediciones lineales, son interruptores

• Aumenta el costo y la complejidad cuantos más puntos de medición existan

• Desgaste de las piezas electromecánicas

• Mayor tamaño frente a otros sensores

Sensor de Contacto

Gráfico 30 Sensor de contacto



79

CUADRO N. 9 Prueba técnica del sensor contacto

Modelo Consumo

Eléctrico

Distancia Máxima No. de

observaciones

% de

error

CS-

CO058

1A De contacto

directo con el

fluido

40 0.01%



El sensor de ultrasonido mide una señal acústica de tono alto, imperceptible para

los humanos mayor a los 20Khz, estos funcionan emitiendo una onda que se

refleja ante un objeto o substancia con una excelente precisión e integridad ante

factores ambientales externos. Además, de detectar objetos transparentes y

obscuros independientemente de su forma y viscosidad, el transductor ultrasónico

recibe la señal, la cual es procesada digitalmente midiendo el tiempo en que tarda

en regresar, similar al efecto Doppler (Keyence, 2017).

𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 = {(𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑖ó𝑛 𝑦 𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜) ∗ (𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑛𝑖𝑑𝑜 340

𝑚𝑠

)}

2


• No tiene interferencias ambientales

• La medida no es afectada por los parámetros físicos del objeto o fluido

• Mediante software especializado se puede detectar la forma del objeto

• Rango de medición de largo alcance


• La precisión debe ser ajustada mediante algoritmos de reducción de ruido

• Velocidad de respuesta más baja frente a un sensor óptico

• De costo medio, depende del rango de medición y precisión

80

• Se necesita una interfaz electrónica especial de acople y

acondicionamiento de señal

Sensor de Ultrasonido

Gráfico 31 Pantalla LCD para mostrar las medidas obtenidas



CUADRO N. 10 Prueba técnica del sensor ultrasonido

Modelo Consumo

Eléctrico

Distancia

Máxima

No. de

observaciones

% de

error

HC-

SR04

15 mA 5 m 40 0.3%



Luego de analizar las diversas características y pruebas realizadas con los cuatro

tipos de sensores disponibles para esta investigación, en la cual necesitamos

medir el nivel de un tanque de almacenamiento de gasolina, seleccionamos el

sensor de ultrasonido debido a que este presenta todas las características

necesarias que se necesitan para este diseño propuesto.

81

Los sensores mencionados en este anexo fueron probados y evaluados, tomando

muestras a partir de las observaciones en las pruebas técnicas, sugiriendo que el

sensor de ultrasonido presenta mayores ventajas y beneficios frente a otros.

Se realiza una prueba de carga transaccional al aplicativo web, de manera que

podamos determinar la capacidad de cómputo del microcomputador,

modelamiento de base de datos y desarrollo del software, para lo cual hacemos

uso del programa JMeter, que nos permitirá simular una carga de usuario por

segundos de manera concurrente para finalmente mostrarnos los resultados

estadísticos y de rendimiento.

Se configura el número de usuario a 100 durante un periodo de un segundo, en

cual se realizará la simulación de conexión al aplicativo web, luego ejecutamos la

prueba dando clic en el icono de color verde ubicado en la parte superior y que

dice ejecutar.

Gráfico 32 Parametrización de JMTER



Se apunta a la dirección IP y puerto del aplicativo web, así como la URL principal

del servicio en donde realizaremos la prueba de carga transaccional.

82

Gráfico 33 Parametrización de JMTER



Gráfico 34 Parametrización de las pruebas técnicas



Como podemos observar todas las transacciones fueron exitosas, la tasa de error

es cero por ciento, esto nos permite deducir lo siguiente en base a esta

información recopilada. A pesar de que el sistema tiene un numero mucho mayor

a un escenario real de pruebas en una empresa, este microcomputador tiene la

capacidad de soportar un volumen transaccional alto, esto es debido a las

características que posee la Raspberry Pi, al desarrollo del software el cual tiene

83

aplicado paradigmas de programación orienta a objetos y una arquitectura de

software que utiliza pool de conexiones a base de datos. Adicionalmente, las

interfaces electrónicas fueron diseñadas con Python las cual brinda de manera

nativa una interacción entre en hardware y el software controlador.

Finalmente obtenemos los reportes con los resultados:

Gráfico 35 Resultado parametrización de las consultas envidadas



Se puede observar que todas las peticiones se contestaron correctamente.

84

Gráfico 36 Resultado de las pruebas técnicas realizadas



Podemos observar la correlación de datos entre que se realiza la transacción, se

ejecuta y responde.

85

Gráfico 37 Resultado de la encuesta - gráficos



Se resumen en una vista, la tasa de errores, la desviación y velocidad de

transacciones por segundos TPS alcanzada.

Gráfico 38 Resultado de las pruebas técnicas



Finalmente, validamos el estado de carga computacional, memoria y rendimiento

de dispositivo de almacenamiento mediante el comando ps en Linux, el cual

observamos que a pesar de la gran carga transaccional a la cual fue expuesto el

86

microcomputador, este mantiene sus recursos de hardware equilibrados bajo un

rendimiento óptimo. Ver Gráfico 38.

Gráfico 39 Rendimiento del sistema



87

Análisis matemático para el cálculo del volumen de un tanque cilíndrico

para almacenar gasolina.

Gráfico 40 Tanque cilíndrico para almacenar gasolina



El volumen de un tanque cilíndrico horizontal está en función del nivel “H” que es

la altura del líquido, del radio “R” del contenedor y de la longitud “L” del mismo.

La ecuación de una circunferencia con centro en el origen es:

𝑥2 + 𝑦2 = 𝑅2

Se despeja x y se aplica el diferencial dA = 2xdy; sustituyendo a “x”, de manera

que nos queda:

𝑑𝐴 = 2√𝑅2 − 𝑦2𝑑𝑦

Aplicando integral en ambos lados, nos queda:

𝐴 = ∫ 𝑑𝐴 = ∫ 2𝑥𝑑𝑦 = ∫ 2√𝑅2 − 𝑦2𝑑𝑦−𝑅+𝐻

−𝑅

Sustituyendo por funciones trigonométricas tenemos:

sin 𝜃 =𝑦

𝑅, 𝑦 = 𝑅 sin 𝜃 , 𝜃 = sin−1 (

𝑦

𝑅) , 𝑑𝑦 = 𝑅 cos Θ𝑑Θ

88

Entonces reemplazando:

= 2 ∫ 2√𝑅2 − (𝑅2𝑠𝑒𝑛Θ)2𝑅𝑐𝑜𝑠Θ𝑑Θ𝑅+𝐻

−𝑅

2𝑅2 [1

2Θ +

1

2𝑠𝑒𝑛Θ𝑐𝑜𝑠Θ]

−𝑅

−𝑅+𝐻

= 2 [𝑅2

2Θ +

𝑅2

2𝑠𝑒𝑛Θ√1 − 𝑠𝑒𝑛2Θ]

−𝑅

−𝑅+𝐻

Haciendo cambio de variable:

2 [𝑅2

2𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 (

𝑦

𝑅) +

𝑦

2√𝑅2 − 𝑦2]

−𝑅

−𝑅+𝐻

⇔ 2 [𝑦

2√𝑅2 − 𝑦2 +

𝑅2

2𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 (

𝑦

𝑅)]

−𝑅

−𝑅+𝐻

Resolviendo la integral y aplicando todas las propiedades trigonométricas y

evaluando los límites, el área de la base nos quedaría finalmente así:

𝐴 =𝜋𝑅2

2+ (𝐻 − 𝑅)√2𝑅𝐻 − 𝐻2 + 𝑅2𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 (

−𝑅 + 𝐻

𝑅)

Para encontrar el volumen tenemos que multiplicar por la longitud “L” del cilindro,

quedando así:

𝑉 = 𝐿 [𝜋𝑅2

2+ (𝐻 − 𝑅)√2𝑅𝐻 − 𝐻2 + 𝑅2𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 (

−𝑅 + 𝐻

𝑅)]

89

Análisis matemático para el cálculo del volumen de un tanque elíptico

horizontal para almacenar gasolina.

Gráfico 41 Tanque elíptico horizontal



Partimos de la siguiente ecuación, donde a es el eje mayor y b el eje menor:

𝑥2

𝑎2+

𝑦2

𝑏2= 1

Despejamos “x”, y aplicamos el diferencial 𝑑𝐴 = 2𝑥𝑑𝑦 e integramos:

𝑑𝐴 = 2 (𝑎

𝑏√𝑏2 − 𝑦2) 𝑑𝑦

𝐴 = ∫ 𝑑𝐴 = ∫ 2𝑥𝑑𝑦 = 2 ∫ (𝑎

𝑏√𝑏2 − 𝑦2) 𝑑𝑦

𝛼

−𝜋2

Aplicando sustitución trigonométrica y resolviendo, nos queda así:

sin 𝜃 =𝑦

𝑏, 𝑦 = 𝑏 sin 𝜃 , 𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 (

𝑦

𝑏) , 𝑑𝑦 = 𝑏 cos Θ𝑑Θ

90

Entonces reemplazando:

= ∫ (𝑎𝑏)𝑐𝑜𝑠2Θ𝑑Θ = 𝑎𝑏 ∫ 𝑐𝑜𝑠2Θ𝑑Θ = 𝑎𝑏𝛼

−𝜋2

𝛼

−𝜋2

[1

2Θ +

1

4𝑠𝑒𝑛(2Θ)]

−𝜋2

𝛼

𝑎𝑏 [𝛼 +𝜋

2𝑠𝑒𝑛α𝑐𝑜𝑠α] = 2 [𝛼 +

𝜋

2𝑠𝑒𝑛α√1 − 𝑠𝑒𝑛2α]

Haciendo cambio de variable:

𝑎𝑏 [𝜋

2+ 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 (

𝐻

𝑏− 1) + (

𝐻

𝑏− 1) √

𝐻

𝑏(2 −

𝐻

𝑏)]

Para encontrar el volumen tenemos que multiplicar por la longitud “L” del cilindro,

quedando así:

𝑉 = 𝐿 [𝜋

2𝑎𝑏 + (𝑎𝑏)𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 (

𝐻

𝑏− 1) + (𝑎𝑏) (

𝐻

𝑏− 1) √

𝐻

𝑏(2 −

𝐻

𝑏)]

91

Finalmente, el cálculo del volumen de un tanque de almacenamiento cilíndrico con

casquetes semiesférico en los extremos quedaría de la siguiente forma, donde “L”

es la longitud, “R” el radio y “H” la altura del líquido:

Gráfico 42 Tanque de almacenamiento cilíndrico con casquetes semiesférico en los extremos



𝑉 = 𝐿 [𝑅2𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 (𝑅 − 𝐻

𝑅) − (𝑅 − 𝐻)(𝑅)𝑠𝑒𝑛 (𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 (

𝑅 − 𝐻

𝑅))] +

𝜋𝐻2(3𝑅 − 𝐻)

3

92

Anexo 4: Diseño, Instalación y Guía de Usuario

La presente solución pretende automatizar el proceso de medición de carga y

descarga en los tanques de almacenamiento de gasolina, mediante un sensor de

ultrasonido que medirá el nivel del líquido en el tanque y mediante un

microcomputador como es el Raspberry Pi la señal se acondicionará y se

amplificará para poder procesarla a través de algoritmos computacionales que nos

devolverán el volumen del tanque. Este microcomputador tendrá interfaces

electrónicas desarrolladas en Python, una base de datos en MySQL, un servidor

de aplicaciones web WildFly y un software desarrollado en Java al que llamaremos

Control Center.

Requerimientos del diseño

La solución tecnológica esta divida en tres partes importantes, las cuales

detallaremos a continuación:

Interfaces electrónicas:

• Disparadores independientes por sensor y actuador

• Fácil acople y parametrización con las capas de software superiores

• Programación automática de disparo

• Flexibilidad para integrar nuevos sensores y actuadores

Aplicación web:

• Interfaz de usuario intuitiva

• Responsiva

• Servicios web integrados y seguros

• Aplicación modular

• Visualización de información en tiempo real

93

• Generación de reportes estadísticos

• Desarrollo basado en patrones de diseño de software

• Código limpio, seguro y de fácil mantenimiento

Controlador electrónico:

• Microcomputador con alta capacidad de computo

• Velocidad de respuesta inmediata

• Orquestación de software

• Sistema operativo Linux

• Bajo consumo energético

• Automatización basada en perfiles y scripts

Arquitectura del diseño

El diseño propuesto está constituido por un enlace de comunicaciones a través de

Ethernet el cual se conectará a un equipo de enrutador con el que podrá salir hacia

internet. Este equipo tiene configurado el servicio de DNS público con el que el

usuario final accederá al aplicativo de manera segura.

Todas las peticiones recibidas son llevadas hasta un orquestador, el cual es un

componente de software que se encarga de las reglas de negocio y enrutamiento

interno entre diferentes componentes del controlador. El controlador Raspberry Pi

tiene instalado el sistema operativo Linux cuya distribución es Raspbian. Este

sistema tiene instalado los controladores y módulos necesarios que permiten

conectar las interfaces electrónicas con el kernel de Linux, esta característica

ayudará a acoplar los sensores y actuadores de una manera sencilla y flexible.

Segundo, se tiene instalado una base de datos MySQL, en cual desplegaremos

nuestro modelo lógico de datos en la que se almacenara la información de los

sensores, parámetros y estados.

94

Tercero, se instalará un servidor de aplicaciones WildFly, en el que se ejecutará

nuestra aplicación web, adicional, se configurará un pool de datos, con el que

garantizaremos un mejor rendimiento con las conexiones a la base de datos.

Cuarto, se desarrollará un disparador, el cual es un componente de software que

permiten programar eventos periódicamente, este será usado para tomar lecturas

de los sensores, activar y desactivar las válvulas electrónicas.

Gráfico 43 Arquitectura del diseño



Componentes de la solución tecnológica

Raspberry Pi: Microcomputador con altas características de cómputo, bajo costo,

en el cual podemos desarrollar diversos proyectos de manera sencilla, gracias a

todos los módulos y componentes que se pueden conectar. Tal como vemos en

el siguiente gráfico.

95

Gráfico 44 Microcomputador Raspberry Pi

Elaboración: Raspberry Pi Foundation.

Fuente: (Raspberry PI 3 modelo B, 2018)

Sensor de Ultrasonido: Sensor que permite medir la velocidad con que una onda

de sonido sale e incide nuevamente en el sensor, de manera que, mediante una

ecuación matemática con un factor preconfigurado, podemos determinar la

distancia entre el objeto y el sensor. Ver gráfico 44.

Gráfico 45 Sensor de ultrasonido



96

• Alimentación de 5 volts • Interfaz sencilla: Solamente 4 hilos Vcc, Trigger, Echo, GND • Rango de medición:2 cm a 400 cm • Dimensiones del módulo: 45x20x15 mm. • Corriente de alimentación: 15 mA • Frecuencia del pulso: 40 KHz • Apertura del pulso ultrasónico: 15º • Señal de disparo: 10uS

Válvula Electrónica: Este dispositivo permite abrir o cerrar una pequeña

compuerta, la cual controlará la entrada o salida de un fluido. Este actuador tiene

que ser acoplado mediante componentes electrónicos que actuaran como interfaz

hacia la Raspberry Pi. Ver Gráfico 45.

Gráfico 46 Electroválvula de 110v



• Tamaño de la rosca: 1/2" (Nominal NPT) • Electroválvula en Angulo de 90° • Presión de trabajo: 0.02Mpa - 0.8Mpa • Temperatura de trabajo: 1ºC a 75ºC • Tiempo de respuesta (abierta): <= 0.15 seg • Tiempo de respuesta (cerrada): <= 0.3 seg • Voltaje de trabajo: 12VDC

97

Tarjeta MicroSD: Dispositivo que permite almacenar información, se utilizarán

una MicroSD de 64Gb, en esta tarjeta se instalará el sistema operativo Raspbian

y los principales módulos de software. Ver Gráfico 46.

Gráfico 47 Tarjeta MicroSD para almacenar el sistema operativo



Pantalla LCD 16X2: Dispositivo electrónico que permite visualizar caracteres,

esta nos permitirá visualizar los principales estados de sistema de telemetría y

telecontrol. Ver Gráfico 47.

Gráfico 48 Pantalla LCD 16X2



Sensor de temperatura: Dispositivo electrónico que permite obtener la

temperatura mediante una sonda que transforma la señal recibida en digital con

una alta precisión de lectura.

98

Gráfico 49 Sensor de temperatura digital


Fuente: (DS18B20 sensor de temperatura para líquidos con Arduino, 2018)

• Voltaje de Operación: 3.0V – 5.5V • Rango de Trabajo: -55℃ hasta +125℃ (-67°F / +257°F) • Cables: Rojo (+VCC), Blanco (DATA), Negro (GND) • Protocolo 1-Wire, solo necesita 1 pin para comunicarse. • Identificación única de 64 bits. • Precisión en el rango de -10°C hasta +85°C: ±0.5°C. • Resolución seleccionable de 9-12 bits • A prueba de Agua • Longitud de cable: 1m

Sensor de Flujo: Dispositivo electrónico que permite medir la velocidad de un

fluido que pasa de un tubo, este componente nos permitirá medir la velocidad con

que se llena el tanque de almacenamiento, a su vez que podemos determinar el

tiempo restante de llenado y automatizarlo.

Gráfico 50 Sensor de medición de caudal


Fuente: (Sensor de Flujo YF-S201 para Agua, 2014)

99

• Voltaje de funcionamiento: 5V-24V • Máxima corriente: mA (DC 5V) • Humedad de funcionamiento: 35% ~ 90% RH • Presión de trabajo: 1.75Mpa bajo • Temperatura: -25 ° C ~ +80 ° C • Rango de caudal: 1 ~ 60 L/min • Temperatura de funcionamiento: 0 ° C ~ 80 ° C • Temperatura del líquido: <120 ° C

Módulo de Relays: Dispositivo electrónico que actuará como interfaz de conexión

con las válvulas electrónicas y el microcomputador Raspberry Pi, activando o

desactivando mediante una señal de voltaje bajo. Ver Gráfico 50.

Gráfico 51 Módulo de componentes de conmutación Arduino


Fuente: (Llamas, 2016)

• Aislamiento Si • Canales 4 (independientes protegidos con Optoacopladores) • LED indicador Para cada canal (cuando bobina está activa) • Tamaño 6.8cm x 4.9cm x 1.6cm • Voltaje de operación 250VAC/30VDC • Voltaje de la bobina (relé) 5V • Corriente de operación 10ª • Corriente de activación por relé 15mA~20mA

Se muestra todos los componentes a utilizar dentro de esta investigación. Ver

Gráfico 51.

100

Gráfico 52 Componentes de cómputo y electrónicos para el diseño del prototipo



Sistema Operativo Raspbian: En esta investigación se utilizará el sistema

operativo Raspbian Stretch Lite Versión Jun 2018, el cual está basada en la

distribución liviana de Linux Debian.

Gráfico 53 Software Raspbian



101

Pasos para instalar Raspbian:

1. Descargar la imagen ISO que contiene el sistema.

Gráfico 54 Descargar la imagen ISO del sistema



Para descargar la imagen ISO Raspbian Stretch Lite, ir al siguiente enlace:

https://downloads.raspberrypi.org/raspbian_lite_latest.

2. Inserta la tarjeta microSD en tu computador.

Para instalar el sistema operativo, se necesita una tarjeta MicroSD, además de

ser usada como dispositivo de almacenamiento.

102

Gráfico 55 Tarjeta MicroSD

Elaboración: Sandisk MicroSD

Fuente: (Sandisk MicroSD 16GB, s.f.)

Posteriormente se formatea e instala la distribución de Linux Raspbian Stretch en

la MicroSD, es necesario descargar e instalar el aplicativo llamado Etcher, el cual

lo podrás encontrar en la siguiente ruta: https://etcher.io/, esta herramienta permite

instalar el sistema operativo de una manera sencilla y preconfigurada. Ver Gráfico

55.

Gráfico 56 Formatear e instalar la distribución de Linux en la microSD



3. Habilitar SSH

Para poder conectarnos a la consola, es necesario habilitar el acceso

mediante SSH, para lo cual se debe crear un archivo “ssh” sin extensión

en la partición boot de la microSD. Ver Gráfico 56.

103

Gráfico 57 Habilitando el acceso mediante SSH



4. Iniciar la Raspberry Pi

Una vez listo todos los archivos, se insertar dentro de la Raspberry Pi la tarjeta

microSD y se conecta el cable de red y alimentación de corriente para iniciar

el proceso de arranque. Ver Gráfico 57.

Gráfico 58 Preconfigurando la Raspberry Pi



5. Conectarse remotamente a la Raspberry mediante SSH

Para conectarse a la Raspberry Pi, se utiliza la herramienta PuTTY, en el cual

pondremos el usuario y la contraseña predeterminado, para posteriormente

cambiar la contraseña. Ver Gráfico 58.

104

• username: pi

• password: raspberry

Gráfico 59 Conexión mediante PuTTY a la Raspberry mediante SSH



Gráfico 60 Consola de Linux mediante conexión SSH



105

6. Proceso de Inicialización

Se configurará varios archivos scripts, que servirán como inicializadores de

configuraciones al momento de arrancar la Raspberry Pi.

Abrir el archivo rc.local con la herramienta nano y editar.

# nano /etc/rc.local

#!/bin/sh -e

python /root/sistema/lcd.py "RASPBERRY PI" "INICIANDO"

iptables-restore < /etc/iptables.rules

echo 44 > /sys/class/gpio/export

echo out > /sys/class/gpio/gpio44/direction

chmod 777 /sys/class/gpio/gpio44/value

echo 26 > /sys/class/gpio/export

echo out > /sys/class/gpio/gpio26/direction

chmod 777 /sys/class/gpio/gpio26/value

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio44/value


sleep 10

python /root/sistema/lcd.py " RASPBERRY PI " "WILDFLY INICIANDO"

/etc/init.d/wildfly start

echo "SERVIDOR WILFLY INICIALIZADO"

python /root/sistema/lcd.py "RASPBERRY PI " "WILDLFY EJECUTANDOSE"

echo BB-W1:00A0 > /sys/devices/bone_capemgr.9/slots

106

exit 0

Configurar la interfaz de comunicación con el sensor de temperatura, creamos un

archivo taskDS18B20.sh y agregamos las siguientes líneas de código.

# nano taskDS18B20.sh

#! /bin/bash

echo "ds18b20"

echo "1616"

echo "C1S5"

cat /sys/bus/w1/devices/28-001414ab79ff/w1_slave | grep -o "t=.*" | egrep -o '\-

?[0-9]*\.?[0-9]*'

Para configurar las interfaces que se comunicaran con los actuadores, tenemos

los siguientes scripts activar.sh y desactivar.sh, los cuales activaran o

desactivaran las válvulas electrónicas.

#nano activar.sh

#! /bin/sh


python /root/sistema/lcd.py " RASPBERRY PI " "ACTIVANDO AHORA"

"VALVULA DE DESCARGA" "ENCENDIDA"

# nano desactivar.sh

#! /bin/sh


107

python /root/sistema/lcd.py " RASPBERRY PI " "DESACTIVANDO AHORA" "

VALVULA DE DESCARGA " "APAGADA"

Se creará un disparador de tareas programadas automáticamente, para lo cual

utilizaremos el comando crontab –e, que permite programar siguiendo el patrón:

minutos |horas|días|mes|dia de la semana|usuario|comando_a_ejecutar

* todos

# crontab –e

# m h dom mon dow command

*/10 * * * * /root/sistema/sensorTemperatura.sh

*/10 * * * * /root/sistema/sensorNivel.sh

7. Instalar MySQL en Raspbian

sudo yum --enablerepo=mysql80-community install mysql-community-server

sudo apt install mysql-server php-mysql

grep 'A temporary password is generated for root@localhost' /var/log/mysqld.log

|tail -1

sudo mysql_secure_installation

108

sudo mysql -u root -p

mysql> CREATE USER 'root'@'%' IDENTIFIED BY 'root';

mysql> GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'root'@'%' WITH GRANT OPTION;

FLUSH PRIVILEGES;

SET lc_time_names = 'es_ES';

Una vez finalizada la instalación de MySQL en Linux, crearemos nuestro esquema

de base datos tal como se muestra en el siguiente gráfico.

Gráfico 61 Esquema de la base de dato implementado en MySQL



Finalmente, tendremos muestra base de datos en donde se almacenará toda la

información que será recolectada por los sensores y actuadores. Ver Gráfico 61.

109

Gráfico 62 Tablas de la base de datos con contenido obtenido por los sensores y actuadores



Aplicación Web Desarrollo y Guía de Uso

La aplicación web fue desarrollada con el lenguaje de programación Java en la

versión 8, se utilizó también Apache Maven, PrimeFaces, HTML5, FusionCharts,

JPA y librerías de uso genérico.

El sistema este diseñado bajo un patrón de desarrollo de software compuesto

por un modelo de varias capas las cuales son:

• Controlador

• Vista

• Modelos

• Utilerías

• Servicios

• Interfaces

110

Esto permite flexibilizar el desarrollo, mantenimiento del código y brindando

seguridad ante vulnerabilidades. Se utilizó el IDE NetBeans, el cual es de código

libre. Dentro del proyecto se crearán todas las clases y objetos a utilizar dentro del

sistema web, la lógica de negocios y conexión con base de datos. Ver Gráfico 62.

Gráfico 63 IDE de desarrollo Java NetBeans



Para la conexión con la base de datos, utilizaremos un pool de datos llamado

proyectos, el cual lo creamos dentro del servidor de aplicaciones WildFly como se

puede ver el siguiente gráfico.

111

Gráfico 64 Pantalla de configuración de pool de datos – Servidor WildFly



Luego, en NetBeans procedemos a invocar el pool de datos dentro del archivo

persistence.xml. Ver Gráfico 64.

Gráfico 65 Archivo persistence.xml para configuración de pool de datos



Una vez, finalizado el desarrollo del software, procedemos a ejecutar el aplicativo.

112

Gráfico 66 Servidor de aplicaciones WildFly corriendo el sistema web



El sistema tiene dos módulos importantes el primero llamado Control, que es

donde encontraremos la información en tiempo real del nivel de tanque, volumen,

temperatura y costo por volumen cargado. Además, de poder activar o desactivar

las válvulas electrónicas de carga y descarga del tanque de almacenamiento de

manera remota.

Podemos también visualizar los parámetros preconfigurados o información

adicional del sistema. Ver Gráfico 66.

113

Gráfico 67 Pantalla de control – monitoreo en tiempo real



Como segundo módulo importante tenemos, el análisis de datos, en el cual se

implementan algoritmos estadísticos que describen a la muestra de datos tomada

de manera, que se puedan tomar decisión basada en la información en el menor

tiempo posible.

Para lo cual, tenemos que seleccionar el rango de fecha inicial y final, queremos

observar. Adicional, se selecciona el indicador que puede ser: volumen,

temperatura o costo, una vez seleccionado los parámetros procedemos a dar clic

en buscar y esperamos a que se despliegue la información. Ver Gráfico 67.

114

Gráfico 68 Pantalla de análisis – selecciona parámetro indicador



Gráfico 69 Pantalla de análisis – selecciona rango de fecha



115

Finalmente, podemos revisar en una serie temporal de daros como se tomaron las

muestras a lo largo del tiempo y para un análisis en profundidad, una herramienta

estadística que nos permite obtener todos los parámetros descriptivos de la

muestra tomada. Este algoritmo es capaz de discriminar datos atípicos. Ver

Gráfico 69.

Gráfico 70 Análisis estadístico – serie temporal de datos



Gráfico 71 Análisis estadístico descriptivo

116



Gráfico 72 Análisis descriptivo – diagrama de caja



Gráfico 73 Análisis descriptivo – datos atípicos en la muestra



117

Como información adicional, se creó una funcionalidad que permite generar

reportes gerenciales basados en los datos obtenidos, tal como se muestra en la

siguiente gráfica.

Gráfico 74 Reporte gerencial de inventario mensual de gasolina



Integración con el diseño prototipo.

Una vez terminado el software se procede a integrar todos los componentes

desarrollados para realizar las pruebas técnicas de los escenarios descritos en

esta investigación. Para lo cual, se dispone de un tanque pequeño con el que

simularemos el contenedor de gasolina, unas bombas de agua y los dispositivos

electrónicos de acople, tal como se muestra a continuación.

118

Gráfico 75 Prototipo de sistema de monitoreo y control de tanques de almacenamiento de gasolina



Se integra el sensor de flujo de agua a la bomba principal, con la que simularemos

la carga y descarga de la gasolina. Ver Gráfico 75.

Gráfico 76 Instalando el sensor de flujo a la tubería de la bomba de agua



En la pantalla LCD de 16X2 se podrá observar información relevante del estado

de sistema y valores medidos. Ver Gráfico 76.

119

Gráfico 77 Pantalla LCD de 16X2 midiendo el nivel del agua



120

Anexo 5: Licencia gratuita intransferible y no exclusiva para el uso no

comercial de la obra con fines no académicos.

Yo, Chamorro Salazar Hamilton Gabriel con C.I. No. 0923900203, certifico que

los contenidos desarrollados en este trabajo de titulación, cuyo título es “Diseño

de un sistema inteligente de monitoreo y control en tiempo real para tanques de

almacenamiento de gasolina utilizando tecnología de hardware y software libre

para pequeñas y medianas empresas.” Es de mi absoluta propiedad y

responsabilidad Y SEGÚN EL Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA

ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E

INNOVACIÓN*, autorizo el uso de una licencia gratuita intransferible y no

exclusiva para el uso no comercial de la presente obra con fines no académicos,

en favor de la Universidad de Guayaquil, para que haga uso de este, como fuera

pertinente.

_________________________

Chamorro Salazar Hamilton

Gabriel