Universidad De Guayaquil Facultad De Ciencias Matematicas Y Fisicas Carrera De Ingeniería En Networking Y Telecomunicaciones D

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

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 FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Guayaquil 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: E- mail: 0961412551 [email protected] du.ec CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN: Nombre: Teléfono:

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.

III

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

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

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN

______

Ing. Santiago Ramírez Aguirre, M.Sc. Ing. Francisco Palacios Ortiz, M.Sc.

DECANO DE LA FACULTAD DIRECTOR DE LA CARRERA DE CIENCIAS MATEMATICAS Y INGENIERÍA EN NETWORKING Y FISICAS TELECOMUNICACIONES

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

PROFESOR REVISOR DEL ÁREA PROFESOR REVISOR DEL ÁREA TRIBUNAL TRIBUNAL

______

Ing. Jacobo Ramírez Urbina, M.Sc.

PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO

DE TITULACION

______

Ab. Juan Chávez Atocha, Esp.

SECRETARIO TITULAR

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

VII

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

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

VIII

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

Tutor: Ing. Jacobo Antonio Ramírez Urbina

Guayaquil, 11 de Abril del 2019

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS 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:

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

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

XII

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

XIII

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

XIV

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

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

XVI

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

XVII

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 18 Resultado de la encuesta - pregunta No. 2...... 52 Gráfico 19 Resultado de la encuesta - pregunta No. 3...... 53 Gráfico 20 Resultado de la encuesta - pregunta No. 4...... 54 Gráfico 21 Resultado de la encuesta - pregunta No. 5...... 55 Gráfico 22 Resultado de la encuesta - pregunta No. 6...... 56 Gráfico 23 Resultado de la encuesta - pregunta No. 7...... 57 Gráfico 24 Resultado de la encuesta - pregunta No. 8...... 58 Gráfico 25 Resultado de la encuesta - pregunta No. 9...... 59 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

XVIII

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

XIX

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FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

Autores: Chamorro Salazar Hamilton Gabriel

Tutor: Ing. Jacobo Antonio Ramírez Urbina

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

XX 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.

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FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

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

Tutor: Ing. Jacobo Antonio Ramírez Urbina

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

XXII 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.

XXIII

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

1 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.

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

3 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.

CUADRO N. 1 Causas y Consecuencias del problema

CAUSAS CONSECUENCIAS

Altos costos de implementación de La falta de avances tecnológicos en equipos tecnológicos dentro de la una empresa provoca que no estén al empresa. nivel competitivo que demanda el mercado global.

Falta de sistemas tecnológicos para el No se puede obtener una medida real control y medición de carga y del volumen adquirido por el descarga del combustible. distribuidor del combustible, lo cual es traducido en pérdidas.

Falta de reportes gerenciales Estos reportes no reflejan automatizados generados a través de correctamente las pérdidas que se las medidas obtenidas en tiempo real producen diariamente por fugas o del tanque de almacenamiento. medidas no exactas.

Falta de alarmas en caso de fugas o Una fuga de combustible no controlada pérdidas de nivel de la gasolina a tiempo puede desencadenar un contenida en el tanque principal. evento catastrófico como un accidente laboral de alto riesgo.

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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?

¿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.

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.

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

9 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.

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

11 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.

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

13 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).

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.

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.

Gráfico 3 Tolerancia a fallas

Elaboración: Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, M. en C. Arturo Curiel Anaya. Fuente: (Redes de computadoras - Apuntes digitales, s.f.)

● 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

Elaboración: Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, M. en C. Arturo Curiel Anaya. Fuente: (Redes de computadoras - Apuntes digitales, s.f.)

● 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

Elaboración: Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, M. en C. Arturo Curiel Anaya. Fuente: (Redes de computadoras - Apuntes digitales, s.f.)

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

18 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

19 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.

● 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

21 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:

● 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)

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

24 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).

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.

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

27 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

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

29 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

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

31 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).

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.

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)

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.

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

● 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

37 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.

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

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

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.

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.

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:

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

44 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)

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:

푀 푛 = 푒2(푀 − 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

푀 푛 = 푒2(푀 − 1) + 1

1079 푛 = 2 (0.06) (1079 − 1) + 1 M = 1079

1079 푛 = e = 6% (0.0036)(1078) + 1

n = 221

1079 푛 = (3.8808) + 1

푛 = 221

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Cálculo de la fracción muestral

푛 221 푓 = = = 0.2048 푀 1079

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

47 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 Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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 Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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?

Gráfico 17 Resultado de la encuesta - pregunta No. 1

¿Conoce Ud. mecanismos automatizados para medir el volumen de combustible de un tanque de almacenamiento?

SI 9% NO 91%

¿Conoce Ud. mecanismos automatizados para medir el volumen de combustible de un tanque de almacenamiento?

91%

SI NO

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

2. ¿Cree Ud. que la fuga o perdida de combustible de un tanque de almacenamiento pueden tener un impacto económico en la empresa?

Gráfico 18 Resultado de la encuesta - pregunta No. 2

¿Cree Ud. que la fuga o perdida de combustible de un tanque de almacenamiento pueden tener un impacto económico en la empresa?

Bajo 6.00% Medio 28.50% Alto 65.50%

¿Cree Ud. que la fuga o perdida de combustible de un tanque de almacenamiento pueden tener un impacto económico en la empresa?

29%

66%

Bajo Medio Alto

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

52 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?

Gráfico 19 Resultado de la encuesta - pregunta No. 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?

Si 81.00% No 19.00% ¿Cree Ud. que la tecnología para controlar la carga y descarga del combustible es un aliado estratégico que genera valor agregado a la empresa?

19%

81%

Si No

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

53 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?

Gráfico 20 Resultado de la encuesta - pregunta No. 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 perdidas económicas?

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?

22%

78%

Si No

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

54 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?

Gráfico 21 Resultado de la encuesta - pregunta 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?

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%

Si No

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

6. ¿En qué porcentaje considera Ud. que un producto tecnológico para medición y control de combustible permitirá optimizar sus procesos de inventario y gestión?

Gráfico 22 Resultado de la encuesta - pregunta 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?

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?

9% 21%

70%

60% 80% 100%

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

7. ¿Considera Ud. que el uso de microcomputadores tiene aplicaciones industriales y comerciales reales?

Gráfico 23 Resultado de la encuesta - pregunta No. 7

¿Considera Ud. que el uso de microcomputadores tiene aplicaciones industriales y comerciales reales?

Si 85.50% No 14.50% ¿Considera Ud. que el uso de microcomputadores tiene aplicaciones industriales y comerciales reales?

15%

86%

Si No

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

8. ¿Considera Ud. que un sensor electrónico de ultrasonido tiene mayor precisión para medir el nivel de combustible que una varilla numerada?

Gráfico 24 Resultado de la encuesta - pregunta No. 8

¿Considera Ud. que un sensor electrónico de ultrasonido tiene mayor precisión para medir el nivel de combustible que una varilla numerada?

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?

21%

79%

Si No

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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?

Gráfico 25 Resultado de la encuesta - pregunta 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?

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?

14%

86%

Si No

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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.

Gráfico 26 Resultado de la encuesta - pregunta 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.

$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.

10%

34% 56%

$200 $400 $600

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

60 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.

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.

CUADRO N. 6 Matriz de requerimientos

REQUERIMIENTOS ACEPTACIÓN Estudiar los sistemas de instrumentación Configuración de válvulas con sensores y actuadores electrónicos electrónicas, sensor de ultrasonido y aplicados a la medición y control de sensor de temperatura integrados en tanques de almacenamiento de gasolina. un controlador electrónico. Controlar el flujo de carga y descarga de la Módulo informático con una interfaz gasolina en tiempo real, así como el nivel electrónica para activar y desactivar actual. las válvulas de control. Investigar un controlador electrónico con Uso del microcomputador Raspberry características de alto poder de cómputo, Pi para la implementación del bajo consumo de energía, bajo costo y de controlador electrónico y sistema fácil uso. informático web. Diseñar un sistema informático web Se implementó una aplicación web en flexible, de fácil uso e intuitiva que permita Java y PrimeFaces, la cual dispone controlar y medir en tiempo real. de servicios web e interfaces de ejecución de comandos remotos. Conocer si las empresas pequeñas y El 86% de las personas encuestadas medianas tienen la necesidad de integrar en la pregunta #9, estarían un sistema de control y medición en tiempo dispuestas a comprar la solución real en sus procesos operativos para tecnológica propuesta. optimizarlos. Generar reportes gerenciales con Sistema informático web con indicadores y análisis de datos. 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 Se generará un documento anexo diseño tecnológico para su implementación con el cual se podrá realizar la en pequeñas y medianas empresas. implementación y uso de la solución propuesta. Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

64 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

65 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.

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.

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ANEXOS

Anexo 1 Cronograma del proyecto

Gráfico 27 Cronograma del proyecto

Anexo 2 Encuesta

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS 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

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

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)

∝ (휆) + 휚(휆) + 휏(휆) = 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

• Interferencia de lectura por objetos opacos que se interponen al momento de medir

Sensor de Infrarrojo

Gráfico 28 Sensor infrarrojo

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

CUADRO N. 7 Prueba técnica del sensor infrarrojo

Modelo Consumo Distancia No. de % de Eléctrico Máxima observaciones error FC-51 43mA 30 cm 40 6% Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

Entre las ventajas más relevantes para este tipo de sensores tenemos:

• Bajo costo • De acción inmediata • Fácil integración con interfaces electrónicas • Bajo voltaje de uso

Entre las desventajas podemos encontrar las siguientes:

• Corto alcance, no son buenos para mediciones de larga distancia • 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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

CUADRO N. 8 Prueba técnica del sensor magnético

Modelo Consumo Distancia Máxima No. de % de Eléctrico observaciones error KY-003 8mA Depende del campo 40 3% magnético para esta prueba

se considera un imán pequeño a máximo 5 cm Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

Entre las ventajas más relevantes para este tipo de sensores tenemos:

• Bajo costo • De acción inmediata • Fácil integración con interfaces electrónicas • Bajo voltaje de uso

Entre las desventajas podemos encontrar las siguientes:

• Corto alcance, no son buenos para mediciones de larga distancia • 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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

CUADRO N. 9 Prueba técnica del sensor contacto

Modelo Consumo Distancia Máxima No. de % de Eléctrico observaciones error CS- 1A De contacto 40 0.01% CO058 directo con el fluido Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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).

푚 {(푇푖푒푚푝표 푒푛푡푟푒 푙푎 푒푚푖푠푖ó푛 푦 푒푙 푟푒푡표푟푛표) ∗ (푉푒푙표푐푖푑푎푑 푑푒푙 푠표푛푖푑표 340 )} 퐷푖푠푡푎푛푐푖푎 = 푠 2

Entre las ventajas más relevantes para este tipo de sensores tenemos:

• 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

Entre las desventajas podemos encontrar las siguientes:

• 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

• Se necesita una interfaz electrónica especial de acople y acondicionamiento de señal

Sensor de Ultrasonido

Gráfico 31 Pantalla LCD para mostrar las medidas obtenidas

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

CUADRO N. 10 Prueba técnica del sensor ultrasonido

Modelo Consumo Distancia No. de % de Eléctrico Máxima observaciones error HC- 15 mA 5 m 40 0.3% SR04 Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

Gráfico 33 Parametrización de JMTER

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Gráfico 34 Parametrización de las pruebas técnicas

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

82 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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Se puede observar que todas las peticiones se contestaron correctamente.

Gráfico 36 Resultado de las pruebas técnicas realizadas

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Podemos observar la correlación de datos entre que se realiza la transacción, se ejecuta y responde.

Gráfico 37 Resultado de la encuesta - gráficos

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

85 microcomputador, este mantiene sus recursos de hardware equilibrados bajo un rendimiento óptimo. Ver Gráfico 38.

Gráfico 39 Rendimiento del sistema

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Análisis matemático para el cálculo del volumen de un tanque cilíndrico para almacenar gasolina.

Gráfico 40 Tanque cilíndrico para almacenar gasolina

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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:

푥2 + 푦2 = 푅2

Se despeja x y se aplica el diferencial dA = 2xdy; sustituyendo a “x”, de manera que nos queda:

푑퐴 = 2√푅2 − 푦2푑푦

Aplicando integral en ambos lados, nos queda:

−푅+퐻 퐴 = ∫ 푑퐴 = ∫ 2푥푑푦 = ∫ 2√푅2 − 푦2푑푦 −푅

Sustituyendo por funciones trigonométricas tenemos:

푦 푦 sin 휃 = , 푦 = 푅 sin 휃 , 휃 = sin−1 ( ) , 푑푦 = 푅 cos Θ푑Θ 푅 푅

Entonces reemplazando:

푅+퐻 = 2 ∫ 2√푅2 − (푅2푠푒푛Θ)2푅푐표푠Θ푑Θ −푅

−푅+퐻 1 1 −푅+퐻 푅2 푅2 2푅2 [ Θ + 푠푒푛Θ푐표푠Θ] = 2 [ Θ + 푠푒푛Θ√1 − 푠푒푛2Θ] 2 2 2 2 −푅 −푅

Haciendo cambio de variable:

−푅+퐻 −푅+퐻 푅2 푦 푦 푦 푅2 푦 2 [ 푎푟푐푠푒푛 ( ) + √푅2 − 푦2] ⇔ 2 [ √푅2 − 푦2 + 푎푟푐푠푒푛 ( )] 2 푅 2 2 2 푅 −푅 −푅

Resolviendo la integral y aplicando todas las propiedades trigonométricas y evaluando los límites, el área de la base nos quedaría finalmente así:

휋푅2 −푅 + 퐻 퐴 = + (퐻 − 푅)√2푅퐻 − 퐻2 + 푅2푎푟푐푠푒푛 ( ) 2 푅

Para encontrar el volumen tenemos que multiplicar por la longitud “L” del cilindro, quedando así:

휋푅2 −푅 + 퐻 푉 = 퐿 [ + (퐻 − 푅)√2푅퐻 − 퐻2 + 푅2푎푟푐푠푒푛 ( )] 2 푅

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

Gráfico 41 Tanque elíptico horizontal

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Partimos de la siguiente ecuación, donde a es el eje mayor y b el eje menor:

푥2 푦2 + = 1 푎2 푏2

Despejamos “x”, y aplicamos el diferencial 푑퐴 = 2푥푑푦 e integramos:

푎 푑퐴 = 2 ( √푏2 − 푦2) 푑푦 푏

훼 푎 퐴 = ∫ 푑퐴 = ∫ 2푥푑푦 = 2 ∫ ( √푏2 − 푦2) 푑푦 휋 − 푏 2

Aplicando sustitución trigonométrica y resolviendo, nos queda así:

푦 푦 sin 휃 = , 푦 = 푏 sin 휃 , 휃 = 푎푟푐푠푒푛 ( ) , 푑푦 = 푏 cos Θ푑Θ 푏 푏

Entonces reemplazando:

훼 훼 1 1 훼 = ∫ (푎푏)푐표푠2Θ푑Θ = 푎푏 ∫ 푐표푠2Θ푑Θ = 푎푏 [ Θ + 푠푒푛(2Θ)] 휋 휋 휋 − − 2 4 − 2 2 2

휋 휋 푎푏 [훼 + 푠푒푛α푐표푠α] = 2 [훼 + 푠푒푛α√1 − 푠푒푛2α] 2 2

Haciendo cambio de variable:

휋 퐻 퐻 퐻 퐻 푎푏 [ + 푎푟푐푠푒푛 ( − 1) + ( − 1) √ (2 − )] 2 푏 푏 푏 푏

Para encontrar el volumen tenemos que multiplicar por la longitud “L” del cilindro, quedando así:

휋 퐻 퐻 퐻 퐻 푉 = 퐿 [ 푎푏 + (푎푏)푎푟푐푠푒푛 ( − 1) + (푎푏) ( − 1) √ (2 − )] 2 푏 푏 푏 푏

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

푅 − 퐻 푅 − 퐻 휋퐻2(3푅 − 퐻) 푉 = 퐿 [푅2푎푟푐푐표푠 ( ) − (푅 − 퐻)(푅)푠푒푛 (푎푟푐푐표푠 ( ))] + 푅 푅 3

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

• 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.

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

• 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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

• 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

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

Gráfico 49 Sensor de temperatura digital

Elaboración: Hamilton Chamorro 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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: (Sensor de Flujo YF-S201 para Agua, 2014)

• 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

Elaboración: Hamilton Chamorro 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.

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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Pasos para instalar Raspbian:

1. Descargar la imagen ISO que contiene el sistema.

Gráfico 54 Descargar la imagen ISO del sistema

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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Gráfico 57 Habilitando el acceso mediante SSH

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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• username: pi • password: raspberry

Gráfico 59 Conexión mediante PuTTY a la Raspberry mediante SSH

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Gráfico 60 Consola de Linux mediante conexión SSH

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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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 echo 1 > /sys/class/gpio/gpio26/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

105 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 echo 0 > /sys/class/gpio/gpio44/value python /root/sistema/lcd.py " RASPBERRY PI " "ACTIVANDO AHORA" "VALVULA DE DESCARGA" "ENCENDIDA"

# nano desactivar.sh

#! /bin/sh echo 1 > /sys/class/gpio/gpio44/value

106 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:

* 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

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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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Finalmente, tendremos muestra base de datos en donde se almacenará toda la información que será recolectada por los sensores y actuadores. Ver Gráfico 61.

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

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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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Una vez, finalizado el desarrollo del software, procedemos a ejecutar el aplicativo.

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Gráfico 66 Servidor de aplicaciones WildFly corriendo el sistema web

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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Gráfico 67 Pantalla de control – monitoreo en tiempo real

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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Gráfico 68 Pantalla de análisis – selecciona parámetro indicador

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Gráfico 69 Pantalla de análisis – selecciona rango de fecha

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Gráfico 71 Análisis estadístico descriptivo

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Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Gráfico 72 Análisis descriptivo – diagrama de caja

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

Gráfico 73 Análisis descriptivo – datos atípicos en la muestra

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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.

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

En la pantalla LCD de 16X2 se podrá observar información relevante del estado de sistema y valores medidos. Ver Gráfico 76.

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

Elaboración: Hamilton Chamorro Fuente: Datos de la investigación

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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

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