Monitoreo de nivel de agua mediante sensor óptico magnético

Autores/as

  • Jonatan Daniel Morales Arrieta Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Mineral de la Reforma, Hidalgo, México
  • Jesus Vargas Ortiz Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Mineral de la Reforma, Hidalgo, México https://orcid.org/0009-0006-6546-8319
  • Jesús Patricio Ordaz Oliver Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Mineral de la Reforma, Hidalgo, México
  • Juan Carlos González Islas Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Mineral de la Reforma, Hidalgo, México https://orcid.org/0000-0002-2190-0660
  • Omar Samperio Vázquez Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Mineral de la Reforma, Hidalgo, México

DOI:

https://doi.org/10.30973/progmat/2025.17.1/3

Palabras clave:

Medición de nivel de líquido, drenado de tanques, sensor óptico-magnético

Resumen

La medición del nivel del agua, es un problema inherente a la naturaleza del líquido, representa uno de los desafíos más recurrentes tanto en el contexto industrial como en el residencial. En este trabajo se propone un sistema de medición de nivel de agua en tiempo real, mediante un sensor óptico-magnético de alta linealidad, bajo costo, alta reproducibilidad y fácil instalación. En primer lugar, se describe el modelo matemático de la medición del nivel de agua en un tanque mediante ecuaciones diferenciales. Este sistema consta de una placa de circuito impreso (PCB), un novedoso mecanismo de flotación, un sensor óptico, un microcontrolador y una etapa de visualización. El sistema de flotador propuesto resuelve los problemas comunes de corrosión y adhesión calcárea (sarro), optimizando la funcionalidad del dispositivo para aplicaciones a largo plazo. El microcontrolador se utiliza para calcular la distancia entre una sección transversal reflectante y el transmisor óptico del mecanismo de flotación correlacionado con el nivel del agua. Ciertamente, el diseño propuesto ofrece una ventaja clave; Evita el contacto directo entre el agua y el vapor con el dispositivo sensor. Esta separación ayuda a mantener la precisión y la longevidad del sensor. Se realizaron diez experimentos para medir el nivel de agua en un tanque de forma manual y automática y se compararon con el cálculo matemático. Los resultados preliminares del sistema propuesto tienen una diferencia aproximada del 5% con respecto al cálculo analítico.

Biografía del autor/a

Jonatan Daniel Morales Arrieta, Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Mineral de la Reforma, Hidalgo, México

Jonatan Daniel Morales Arrieta graduated with a degree in Programming and Electronic Engineering from the College of Scientific and Technological Studies of the State of Hidalgo (CECyTEH) and the Autonomous University of the State of Hidalgo (UAEH), in 2019 and 2023, respectively. He obtained recognition for score obtained in the Mexican Mathematics Olympiad (2018), in the state phase in Hidalgo, organized by the Academic Area of ​​Mathematics and Physics of the Institute of Basic Sciences and Engineering of the Autonomous University of the State of Hidalgo.

Jesus Vargas Ortiz, Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Mineral de la Reforma, Hidalgo, México

Jesus Vargas Ortiz born in Hidalgo, Mx. Graduated with a degree in Electronic Engineering from Autonomous University of the State of Hidalgo (UAEH), in 2019 and 2023, respectively and electrican technician from Industrial and services Technological Baccalaureate Center (CBTIS). He obtained recognition for a desing gas dectector device in Expocet (2023), organized by the Academic Area of Computing and electronics of the Institute of Basic Sciences and Engineering of the Autonomous University of the State of Hidalgo.

Jesús Patricio Ordaz Oliver, Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Mineral de la Reforma, Hidalgo, México

Jesus Patricio Ordaz Oliver received the bachelor’sd egree in electronic and telecommunications engineering and the M.Sc. degree in automatic control from the Autonomous University of the State of Hidalgo, Hidalgo, Mexico, in 2004 and 2007, respectively, and the Ph.D. degree in automatic control from CINVESTAV, Mexico City, in 2012. He is currently with the Autonomous University of the State of Hidalgo. His research interests include nonlinear control systems, robust control, adaptive control, system identification, and observation.

Juan Carlos González Islas, Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Mineral de la Reforma, Hidalgo, México

Juan Carlos González Islas graduated from the Electronics and Telecommunications Engineering and the Computer Science PhD at the Hidalgo Estate Autonomous University (UAEH), in 2006 and 2023, respectively. He obtained a Master of Science degree in Electronics and Telecommunications from the Center for Scientific Research and Higher Education of Ensenada Baja California (CICESE) in 2009. Since 2023, he has been a member of the National System of Researchers (SNII) Level I. He is currently a researcher attached to the Academic Area of Computing and Electronics of the UAEH. He has three patents granted by the Mexican Institute of Industrial Property (IMPI). Twice winner of the Hidalgo Award for Science, Technology and Innovation (CITNOVA) in Mexico.

Omar Samperio Vázquez, Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH). Mineral de la Reforma, Hidalgo, México

Omar Samperio Vázquez graduated from the Communications and Electronics Engineering at Institute Polytechnic National (IPN Zacatenco CDMX), in 2002, He obtained a master of Science degree in Automation and Control at the Hidalgo Estate Autonomous University (UAEH), in 2016. He did a three-month research stay at Laboratoire des Sciences de L Information et des Sciences Université de Toulon, France. He worked in companies related to PLC programming and industrial automation 2005. He currently has an electronic design and automation systems company addition to studying for a PhD in automation and control and is a teacher at Area of Computing and Electronics of the UAEH.

Citas

Gilmore TE, Birgand F, Chapman KW. Source and magnitude of error in an inexpensive image-based water level measurement system. Journal of Hydrology. 2013;496:178-186. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.05.011.

Mohindru P. Development of liquid level measurement technology: A review. Flow Measurement and Instrumentation. 2023;89:102295. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2022.102295.

Chetpattananondh K, Tapoanoi T, Phukpattaranont P, Jindapetch N. A self-calibration water level measurement using an interdigital capacitive sensor. Sensors and Actuators A: Physical. 2014;209:175-182. https://doi.org/10.1016/j.sna.2014.01.040.

Creus SA. Instrumentación Industrial. Barcelona, España: Marcombo; 2005..

Nikolov G, Nikolova B. Virtual techniques for liquid level monitoring using differential pressure sensors. Recent. 2008;9(2):49.

Vass G. The principles of level measurement: RF capacitance, conductance, hydrostatic tank gauging, radar, and ultrasonics are the leading sensor technologies in liquid level tank measurement and control. Sensors - The Journal of Applied Sensing Technology. 2000;17(10):55-64.

Wang T-H, Lu M-C, Hsu C-C, Chen C-C, Tan J-D. Liquid-level measurement using a single digital camera. Measurement. 2009;42(4):604-610. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2008.10.006.

Zhang Z, Zhou Y, Liu H, Zhang L, Wang H. Visual measurement of water level under complex illumination conditions. Sensors. 2019;19(19):4141. https://doi.org/10.3390/s19194141.

Thomsen A, Hansen B, Schelde K. Application of TDR to water level measurement. Journal of Hydrology. 2000;236(3-4):252-258. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(00)00305-X.

Jing N, Teng C, Zheng J, Wang G, Chen Y, Wang Z. A liquid level sensor based on a race-track helical plastic optical fiber. IEEE Photonics Technology Letters. 2016;28(2):158-160. https://doi.org/10.1109/LPT.2016.2630730.

Dini DC, Penze RS, Rosolem JB, Floridia C, Leonardi AA. Fiber optic bending sensor for water level monitoring: Development and field test: A review. IEEE Sensors Journal. 2013;13(11):4113-4120. https://doi.org/10.1109/JSEN.2013.2278074.

Qurthobi A, Iskandar RF, Krisnatal A, Weldzikarvina. Design of capacitive sensor for water level measurement. Journal of Physics: Conference Series. 2016;776(1):012118. https://doi.org/10.1088/1742-6596/776/1/012118.

Zill DG, El-Iraki A, García Hernández AE, Fillo López E. Ecuaciones diferenciales con aplicaciones de modelado. 11a ed. Cuajimalpa, Ciudad de México: Cengage Learning; 2018.

Graham C, Cullity B. Introduction to Magnetic Materials. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.; 2009. https://doi.org/10.1002/9780470386323.

Santiago Espinosa F. El Microcontrolador ATMega328P de Microchip: Programación en Ensamblador, Lenguaje C y un enlace con Arduino. Huajuapan de León: Universidad Tecnológica de la Mixteca; 2021. [Consultado el 10 de junio de 2024]. Disponible en: http://repositorio.utm.mx:8080/handle/123456789/388?mode=full.

STMicroelectronics. Time-of-flight ranging sensor VL53L0X. ST Life. Augmented; 2024. [Consultado el 21 de junio de 2024]. Disponible en: https://www.st.com/en/imaging-and-photonics-solutions/vl53l0x.html.

Leontitsis A. Cronbach's Alpha. Matlab Central File Exchange; 2024. [Consultado el 18 de junio de 2024]. Disponible en: https://la.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/7829-cronbach-s-alpha.

Descargas

Publicado

02-02-2025

Cómo citar

Morales Arrieta, J. D., Vargas Ortiz, J., Ordaz Oliver, J. P., González Islas, J. C., & Samperio Vázquez, O. (2025). Monitoreo de nivel de agua mediante sensor óptico magnético. Programación matemática Y Software, 17(1), 25–33. https://doi.org/10.30973/progmat/2025.17.1/3

Número

Vol. 17 Núm. 1 (2025): Febrero de 2025

Sección

Artículos

Licencia

Derechos de autor 2025 Jonatan Daniel Morales Arrieta, Jesus Vargas Ortiz, Jesús Patricio Ordaz Oliver, Juan Carlos González Islas, Omar Samperio Vázquez

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