Sistema de control y monitoreo hídrico, basado en LoRaWAN™, para el acueducto principal de la Asociación Administradora del Acueducto Rural de Playa Sámara de Nicoya

Abstract

Los sistemas de abastecimiento de agua han sido esenciales en la mejora de la calidad de vida de las personas. En Costa Rica cerca del 29% de la distribución de agua potable se lleva a cabo por las Asociaciones Administradoras de Acueductos Rurales (ASADAS), promoviendo la salud pública, la seguridad y la base para el desarrollo económico en el sector rural del país. Sin embargo, estas asociaciones comúnmente han operado con una insuficiente inversión en infraestructura, un escaso monitoreo de información hídrica y la ausencia de herramientas tecnológicas orientadas a su operación. El presente proyecto ataca las necesidades expuestas por la administración de la ASADA de Playa Sámara de Nicoya. La ASADA solicitó la autonomía operativa del sistema de bombeo y una recopilación de datos hídricos en tiempo real, que les permita impulsar mejoras en sus operaciones. En este trabajo se expone la implementación de tecnologías del internet de las cosas (IoT) como herramienta clave para respuesta autónoma del sistema de bombeo para demandas variables y la recopilación de datos hídricos. La información recopilada representa una herramienta clave en la evolución hacia una gestión hídrica digitalizada para el acueducto principal de ciudad turística de Sámara. Se crearon tres dispositivos llamados IoT ASADAS V1.0, los cuales utilizan sistemas en chip Heltec LoRa 32 V2 para la automatización de acueductos rurales aprovechando lenguajes de programación de acceso libre, dispositivos compactos y bajos requerimientos energéticos asociados a una inversión financiera accesible para ASADAS. El software y hardware diseñados habilitan la capacidad de telecomunicación por LoRa™ a medidores ultrasónicos Octave, permitiendo la interpretación de mediciones de volumen y caudal hídrico promedio con un porcentaje de error de 0% y 0,73 %, respectivamente. Se plantea el uso de comunicación por red LoRaWAN™, protocolo clase C, para la implementación de un sistema de comunicación (internet de las cosas) en el acueducto de Playa Sámara. Dicho sistema posee la capacidad de intercomunicación de datos hídricos en tiempo real y la visualización de datos a la plataforma en internet de IoT Adafruit IO, relacionados a la operación del acueducto principal. Además, se diseñó un circuito de control eléctrico que posibilita la operación automatizada del sistema de bombeo principal, al vincular las señales enviadas por el dispositivo IoT ASADAS V1.0 con el mecanismo de arranque para cada bomba. Finalmente, se justifica la rentabilidad de implementación del sistema de IoT en comparación con las pérdidas financieras asociadas a la operación actual del acueducto principal de la ASADA Sámara.

Water supply systems have been essential in improving people’s quality of life. In Costa Rica, about 29% of potable water distribution is carried out by the Rural Aqueduct Management Associations (ASADAS), promoting public health, safety, and the basis for economic development in the rural sector of the country. However, these associations have commonly operated with insufficient investment in infrastructure, little water monitoring information, and the absence of technological tools aimed at their operation. This project addresses the needs expressed by the administration of the ASADA of Playa Sámara de Nicoya. This ASADA requested the operational autonomy of the pumping system and a collection of water data in real time, which allows them to drive improvements in their operations. In this work, the implementation of Internet of Things (IoT) technologies is exposed as a key tool for the autonomous response of the pumping system for variable demands and the collection of water data. The information collected represents a key tool in the evolution towards digitized water management for the main aqueduct of the tourist city of Sámara. Three devices called IoT ASADAS V1.0 were created, which use systems in Heltec LoRa 32 V2 chip for the automation of rural aqueducts taking advantage of free access programming languages, compact devices and associated low energy requirements to an accessible financial investment for ASADAS. The software and hardware designed enable the telecommunication capability by LoRa™ to Octave ultrasonic meters, allowing the interpretation of volume and average water flow measurements with an error percentage of 0% and 0.73 %, respectively. The use of network communication LoRaWAN™, class C protocol, is proposed for the implementation of a communication system (internet of things) in the aqueduct of Playa Sámara. Said system can intercommunicate water data in real time and display data to the IoT Adafruit IO internet platform, related to the operation of the main aqueduct. In addition, an electrical control circuit was designed that enables automated operation of the main pumping system, by linking the signals sent by the device IoT ASADAS V1.0 with the starting mechanism for each pump. Finally, the profitability of implementing the IoT system is justified in comparison with the financial losses associated with the current operation of the main aqueduct of ASADA Sámara.