Diseño de sistema automatizado de medición de filtraciones de una represa utilizando vertedero Cipolletti

Abstract

El presente trabajo de investigación desarrolla el diseño de un sistema automatizado de medición de filtraciones para la Presa Limón del Proyecto Olmos, el cual está basado en determinar el caudal en vertedero de tipo Cipolletti o trapezoidal, con alimentación fotovoltaica y transmisión de datos mediante fibra óptica. El objetivo general fue diseñar un sistema automatizado de medición de filtraciones utilizando un vertedero de tipo Cipolletti con alimentación fotovoltaica y transmisión de datos en tiempo real mediante fibra óptica. La metodología siguió un enfoque cuantitativo y un diseño descriptivo adaptativo. Se definieron los requisitos técnicos y operativos, se seleccionaron componentes, por ejemplo, un sensor de nivel ultrasónico de marca SIEMENS (SITRANS LU240 – versión de 3 metros), un PLC SIEMENS S7-1200, conversor industrial de ethernet a fibra óptica (SFP) y enlaces de fibra óptica monomodo tipo OS2. Se dimensionó el sistema fotovoltaico con una carga continua del sistema de 28 W, lo cual es de 672 Wh/día. El sistema de energía fue calculado para trabajar a 24 VDC, con 300 Wp de paneles, un banco de baterías de 24 V – 150 Ah con autonomía de 2 días y regulado por un controlador MPPT. Se diseñó la topología de comunicaciones Ethernet/TCP-IP sobre la fibra óptica monomodo SFP 1000BASE-LX de núcleo 1310 nm y el gabinete de protección IP66 con protecciones eléctricas y protección contra sobretensiones. La validación incluyó ensayos de laboratorio en el canal de ensayo GUNT HAMBURG HM162 donde se compararon los caudales experimentales con los caudales teóricos calculados por medio de la fórmula Cipolletti. Los resultados experimentales mostraron una excelente concordancia en rangos bajos con un error menor al 1% y un error máximo observado de -5.92% a 50 m3/h, que es un valor de porcentaje considerado

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aceptable en hidráulica experimental. El diseño propuesto permitiría garantizar un registro continuo, transmisión de datos segura y una solución autónoma de energía para la operación remota, considerándose así que el sistema es técnicamente viable y aporta mejoras importantes en seguridad operativa, disponibilidad precisa de información y gestión hídrica.

This research study develops the design of an automated seepage measurement system for the Limón Dam of the Olmos Project. This system is based on determining the flow rate in a Cipolletti or trapezoidal weir, powered by photovoltaics and data transmission via optical fiber. The overall objective was to design an automated seepage measurement system using a Cipolletti weir with photovoltaics and real-time data transmission via optical fiber. The methodology followed a quantitative approach and adaptive descriptive design. Technical and operational requirements were defined, and components were selected, including a SIEMENS ultrasonic level sensor (SITRANS LU240 – 3-meter version), a SIEMENS S7-1200 PLC, an industrial Ethernet-to-fiber optic converter (SFP), and OS2 single-mode fiber optic links. The photovoltaic system was sized with a continuous system load of 28 W, which is 672 Wh/day. The power system was designed to operate at 24 VDC, with 300 Wp of panels, a 24 V – 150 Ah battery bank with a 2-day runtime, and regulated by an MPPT controller. The Ethernet/TCP-IP communications topology was designed over 1000BASE-LX SFP single-mode optical fiber with a 1310 nm core and an IP66 enclosure with electrical and surge protection. Validation included laboratory tests in the GUNT HAMBURG HM162 test channel, where experimental flow rates were compared with theoretical flow rates calculated using the Cipolletti formula. The experimental results showed excellent agreement at low ranges, with an error of less than 1% and a maximum observed error of -5.92% at 50 m^3/h, which is considered an acceptable percentage in experimental hydraulics. The proposed design would ensure continuous recording, secure data transmission, and an autonomous power solution for remote operation. Thus, the system

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is considered technically feasible and provides significant improvements in operational safety, accurate data availability, and water management.