Automatización de Medición de Nivel en Vertedero Hidráulico: Optimización del Laboratorio de Operaciones Unitarias en la Universidad Nacional de Trujillo

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dc.contributor.advisorMoncada Torres, Luis David
dc.contributor.advisorBlas Roeder, William Antonio
dc.contributor.authorRamirez Fernandez, Jeffrey Jahaziel Gerson
dc.contributor.authorAguilar Bocanegra, Leyder Alin
dc.date.accessioned2024-12-12T15:18:21Z
dc.date.available2024-12-12T15:18:21Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractLa presente tesis aborda la automatización de la medición de nivel en un vertedero hidráulico, automatizando el laboratorio de operaciones unitarias en la Universidad Nacional de Trujillo. Se desarrolló un sistema utilizando la placa Arduino UNO, el sensor JSN-SR04T y un display OLED, logrando medir y mostrar el nivel de agua en tiempo real con alta precisión. Las pruebas realizadas confirmaron la robustez y fiabilidad del sistema, adecuado para las condiciones del laboratorio. Se diseñó una interfaz SCADA en Python empleando bibliotecas como Tkinter, Matplotlib, PySerial y Pandas, permitiendo la supervisión en tiempo real y el registro de datos históricos del nivel de agua. Esta herramienta facilita el monitoreo constante y ofrece capacidades de análisis y exportación de datos, fundamentales para la investigación y la enseñanza en el laboratorio. La automatización de la medición de nivel representa un avance significativo, optimizando el laboratorio mediante experimentos más precisos y eficientes, reduciendo el margen de error humano y mejorando la calidad de los datos obtenidos. El sistema y la interfaz SCADA se diseñaron para ser fáciles de usar y configurar, beneficiando a estudiantes y personal del laboratorio, y permitiendo su adaptación a diversas condiciones y experimentos. Este proyecto no solo mejora las capacidades del laboratorio, sino que también sirve como una valiosa herramienta educativa, permitiendo a los estudiantes aprender sobre sensores, automatización, programación y análisis de datos, aplicando conocimientos teóricos en un entorno práctico. Palabras claves: Automatización, Medición de nivel, Vertedero hidráulico, Arduino UNO, Sensor JSN-SR04T, Interfaz SCADA, Supervisión en tiempo real. Abstract This thesis addresses the automation of level measurement in a hydraulic spillway, optimizing the unit operations laboratory at the National University of Trujillo. A system was developed using the Arduino UNO board, the JSN-SR04T sensor and an OLED screen, managing to measure and display the water level in real time with high precision. The tests carried out confirmed the robustness and reliability of the system, suitable for laboratory conditions. A SCADA interface was designed in Python using libraries such as Tkinter, Matplotlib, PySerial and Pandas, allowing real-time monitoring and historical water level data recording. This tool facilitates constant monitoring and offers data analysis and export capabilities, essential for research and teaching in the laboratory. The automation of level measurement represents a significant advance, optimizing the laboratory through more precise and efficient experiments, reducing the margin of human error and improving the quality of the data obtained. The SCADA system and interface are designed to be easy to use and configure, benefiting students and laboratory staff, and allowing adaptation to various conditions and experiments. This project not only enhances the laboratory's capabilities, but also serves as a valuable educational tool, allowing students to learn about sensors, automation, programming and data analysis, applying theoretical knowledge in a practical environment. Keywords: Automation, Level measurement, Hydraulic weir, Arduino UNO, JSN-SR04T Sensor, SCADA interface, Real-time monitoring.
dc.description.tableofcontentsÍndice pág. Dedicatoria............................................................................................................................iii Dedicatoria............................................................................................................................iv Agradecimiento ..................................................................................................................... v Agradecimiento ....................................................................................................................vi Índice ...................................................................................................................................vii Índice de tablas.....................................................................................................................ix Índice de figuras ...................................................................................................................xi Resumen ..............................................................................................................................xii Abstract...............................................................................................................................xiii 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 14 1.1. Realidad problemática .......................................................................................... 14 1.2. Antecedentes......................................................................................................... 15 1.3. Justificación .......................................................................................................... 18 1.4. Problema ............................................................................................................... 20 1.5. Hipótesis ............................................................................................................... 21 1.6. Objetivos............................................................................................................... 21 1.6.1. Objetivo general:............................................................................................... 21 1.6.2. Objetivos específicos: ....................................................................................... 21 2. MARCO TEÓRICO..................................................................................................... 23 2.1. Automatización y control...................................................................................... 23 2.2. Medición de flujo en conducciones abiertas......................................................... 24 2.3. Arduino UNO como plataforma de control .......................................................... 28 2.4. Sensor ultrasónico JSN-SR04T............................................................................. 30 2.5. Programación en Python para la interfaz gráfica.................................................. 34 2.6. Integración de componentes ................................................................................. 34 3. MARCO METODOLÓGICO...................................................................................... 36 3.1. Tipo de investigación............................................................................................ 36 3.2. Técnicas e instrumentos de recolección de datos ................................................. 36 3.2.1. Técnicas de recolección de datos...................................................................... 36 3.2.2. Instrumentos de recolección de datos: .............................................................. 37 3.3. Metodología de la investigación ........................................................................... 37 3.3.1. Investigación preliminar.................................................................................... 37 3.3.2. Diseño y construcción del sistema de medición................................................ 38 viii 3.3.3. Desarrollo de la interfaz SCADA en Python .................................................... 38 3.3.4. Integración del sistema automatizado ............................................................... 39 3.3.5. Pruebas experimentales y validación ................................................................ 39 4. RESULTADOS............................................................................................................ 40 4.1. Diseño y construcción del sistema de medición ................................................... 40 4.1.1. Componentes del sistema....................................................................................... 40 4.1.2. Esquema de conexiones......................................................................................... 43 4.1.3. Programación del sistema ...................................................................................... 46 4.1.4. Montaje y pruebas del sistema............................................................................... 47 4.2. Desarrollo de la interfaz SCADA en Python ........................................................ 48 4.2.1. Herramientas y bibliotecas utilizadas .................................................................... 48 4.2.2. Diseño de la interfaz gráfica .................................................................................. 49 4.2.3. Comunicación serial............................................................................................... 51 4.2.4. Visualización de datos en tiempo real ................................................................... 51 4.2.5. Registro y exportación de datos............................................................................. 52 4.3. Integración del sistema automatizado................................................................... 52 4.4. Pruebas experimentales y validación.................................................................... 53 4.4.1. Determinación de la curva del rotámetro .......................................................... 53 4.4.2. Mediciones de la carga hidráulica..................................................................... 56 4.4.3. Validación de resultados................................................................................... 65 5. DISCUSIÓN................................................................................................................. 75 5.1.1. Comparación de medición manual vs. automatizada ........................................ 75 5.1.2. Precisión y fiabilidad del sistema automatizado ............................................... 75 5.1.3. Ventajas del uso del Arduino UNO y el sensor JSN-SR04T ............................ 76 5.1.4. Limitaciones y áreas de mejora......................................................................... 76 6. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 77 7. RECOMENDACIONES .............................................................................................. 79 8. REFERENCIAS........................................................................................................... 81
dc.formatapplication/pdf
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14414/23056
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Nacional de Trujillo. Fondo Editorial
dc.publisher.countryPE
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectTECHNOLOGY::Automatización, Medición de nivel, Vertedero hidráulico, Arduino UNO, Sensor JSN-SR04T, Interfaz SCADA, Supervisión en tiempo real.
dc.subject.ocdehttps://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.04.00
dc.titleAutomatización de Medición de Nivel en Vertedero Hidráulico: Optimización del Laboratorio de Operaciones Unitarias en la Universidad Nacional de Trujillo
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.versioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersion
renati.advisor.dni70447778
renati.advisor.dni45678451
renati.advisor.orcid0000-0002-4288-8023
renati.advisor.orcid0000-0002-0469-1844
renati.author.dni73300251
renati.author.dni46295064
renati.discipline531026
renati.jurorCastillo Valdiviezo, Pascual Ancelmo
renati.jurorEsquerre Pereyra, Paul Henry
renati.jurorBernui Vílchez, José Alberto
renati.jurorMoncada Torres, Luis David
renati.levelhttps://purl.org/pe-repo/renati/level#tituloProfesional
renati.typehttps://purl.org/pe-repo/renati/type#tesis
thesis.degree.grantorUniversidad Nacional de Trujillo. Facultad de Ingeniería Química
thesis.degree.nameIngeniero Químico
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Tesis de Ingeniería Química