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Monitoreo de variables ambientales en compostera como estrategia de implementación de economía circular
| dc.rights.license | restringido | es_ES |
| dc.contributor.advisor | Gutiérrez Lozano, Cristhiam Jesid | |
| dc.contributor.author | Bautista Jaimes, Kevin Hernando | |
| dc.contributor.author | Olave Uribe, Iván Santiago | |
| dc.contributor.author | Moreno Mattos, Freiderr Alexander | |
| dc.contributor.other | Martínez Herrera, David Leonardo | |
| dc.coverage.spatial | Bucaramanga | es_ES |
| dc.date.accessioned | 2026-06-24T20:07:25Z | |
| dc.date.available | 2026-06-24T20:07:25Z | |
| dc.identifier.citation | N/A | es_ES |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.uts.edu.co:8080/xmlui/handle/123456789/24327 | |
| dc.description | Compostaje, monitoreo ambiental, ESP32, LoRa, CO₂. | es_ES |
| dc.description.abstract | Este trabajo de grado parte de una necesidad concreta: en una compostera, el comportamiento del proceso no siempre se observa con la claridad que se requiere cuando las mediciones se hacen de forma manual o en momentos aislados. Esa situación dificulta seguir variables como pH, humedad, temperatura y CO₂, que resultan clave para interpretar el estado del compostaje. Frente a ello, se plantea el diseño, simulación, construcción y validación de un sistema electrónico de monitoreo basado en sensores, ESP32 y comunicación LoRa, orientado al registro y transmisión de datos desde una compostera real. El alcance del proyecto no se centra en automatizar todo el proceso, sino en contar con un prototipo funcional que permita una lectura más continua y ordenada de las condiciones internas del sistema. El desarrollo del trabajo incluye la definición de requerimientos de medición, el planteamiento de la arquitectura electrónica, la simulación del sistema, la integración del prototipo y la realización de pruebas de lectura y transmisión. Como resultado, se espera obtener una base técnica que sirva para seguir el compostaje con mayor claridad y dejar un punto de partida para futuros desarrollos en monitoreo ambiental y sistemas embebidos aplicados al aprovechamiento de residuos orgánicos. | es_ES |
| dc.description.sponsorship | Unidades Tecnológicas de Santander | es_ES |
| dc.description.tableofcontents | RESUMEN EJECUTIVO 14 INTRODUCCIÓN 15 1. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN 18 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 18 1.2. JUSTIFICACIÓN 20 1.3. OBJETIVOS 20 1.3.1. OBJETIVO GENERAL 20 1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 21 1.4. ESTADO DEL ARTE 21 2. MARCO REFERENCIAL 25 2.1. MARCO TEÓRICO 25 2.1.1. FUNDAMENTOS DEL COMPOSTAJE 25 2.1.2. VARIABLES CRÍTICAS DEL PROCESO DE COMPOSTAJE 27 2.1.3. RELACION CARBONO – NITRÓGENO (C/N) 28 2.1.4. DIÓXIDO DE CARBONO COMO INDICADOR DE ACTIVIDAD BIOLÓGICA 29 2.1.5. INSECTOS DURANTE EL PROCESO DE COMPOSTAJE 30 2.1.6. COMPOSTAJE IN-VESSEL 30 2.1.7. COMPOSTAJE TIPO PILA 31 2.1.8. NECESIDAD DEL MONITOREO EN PROCESOS DE COMPOSTAJE 31 2.1.9. SISTEMAS DE SENSADO EN MONITOREO AMBIENTAL 32 2.1.10. ARQUITECTURA IOT EN EL MONITOREO DE COMPOSTAJE 34 2.1.11. TECNOLOGÍA LORA EN SISTEMAS DE MONITOREO REMOTO 35 2.1.12. SISTEMAS EMBEBIDOS EN EL MONITOREO AMBIENTAL (ESP32) 36 2.2. MARCO CONCEPTUAL 38 2.2.1. COMPOSTAJE COMO SISTEMA DE VARIABLES MONITOREABLES 38 2.2.2. MONITOREO AMBIENTAL Y SENSADO EN SISTEMAS INSTRUMENTADOS40 2.2.3. ARQUITECTURA IOT PARA MONITOREO REMOTO (ESP32, LORA Y TELEMETRÍA) 41 2.3. MARCO LEGAL 42 2.3.1. NORMATIVA SOBRE RESIDUOS SÓLIDOS Y APROVECHAMIENTO (COMPOSTAJE) 42 2.3.2. NORMATIVA AMBIENTAL APLICABLE 43 2.3.3. NORMATIVA TECNOLÓGICA Y TELECOMUNICACIONES 44 2.4. MARCO AMBIENTAL 46 3. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 48 3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN 48 3.2. ENFOQUE DE INVESTIGACIÓN 49 3.3. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN 51 3.4. FASES DE DESARROLLO 52 3.5. VARIABLES DEL ESTUDIO 52 3.6. MATERIALES Y HERRAMIENTAS 53 3.7. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN Y ANÁLISIS 54 3.8. EVOLUCION EXPERIMENTAL 56 3.8.1. PROTOTIPO NUMERO 1 56 3.8.2. DECISIÓN DE REDISEÑO 58 3.8.3. PROTOTIPO NUMERO 2 59 4. DESARROLLO DEL TRABAJO DE GRADO 62 4.1. DEFINICIÓN DE REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA 62 4.1.1. CONDICIONES OPERATIVAS DE LA COMPOSTERA 62 4.1.2. CONDICIONES AMBIENTALES Y OPERATIVAS DEL ENTORNO EXPERIMENTAL 71 4.1.3. VARIABLES MONITOREADAS EN EL PROCESO DE COMPOSTAJE 72 4.1.4. REQUERIMIENTOS FUNCIONALES DEL SISTEMA 80 4.1.5. REQUERIMIENTOS NO FUNCIONALES DEL SISTEMA 85 4.1.6. REQUERIMIENTOS DE HARDWARE DEL SISTEMA 88 4.1.7. REQUERIMIENTOS DE COMUNICACIÓN Y TRANSMISIÓN DE DATOS 91 4.1.8. RESTRICCIONES TÉCNICAS Y CONDICIONES DE OPERACIÓN 92 4.1.9. INTERVENCIONES CORRECTIVAS DURANTE EL PROCESO EXPERIMENTAL 93 4.1.10. EVOLUCIÓN DE LA MASA Y NIVEL DEL SUSTRATO 96 4.2. SELECCIÓN DE SENSORES Y MÓDULOS 98 4.2.1. SELECCIÓN DEL MICROCONTROLADOR ESP32 99 4.2.2. SELECCIÓN DEL MÓDULO LORA SX1278 101 4.2.3. SELECCIÓN DEL SENSOR DS18B20 102 4.2.4. SELECCIÓN DEL SENSOR CAPACITIVO DE HUMEDAD V2.0 104 4.2.5. SELECCIÓN DEL SENSOR SCD40 Y SCD41 110 4.2.6. INTEGRACIÓN DEL SISTEMA DE MONITOREO MULTIPUNTO 113 4.3. DISEÑO ELECTRÓNICO DEL SISTEMA 114 4.3.1. ARQUITECTURA GENERAL DEL SISTEMA IOT 114 4.3.2. DISEÑO DEL NODO TRANSMISOR 117 4.3.3. DISEÑO DEL NODO RECEPTOR 119 4.3.4. INTEGRACIÓN DEL SISTEMA DE MONITOREO MULTIPUNTO 120 4.3.5. FLUJO GENERAL DE TRANSMISIÓN DE DATOS 122 4.4. DISEÑO ELECTRÓNICO 123 4.4.1. DISEÑO ESQUEMÁTICO 123 4.4.2. DISEÑO PCB DEL NODO TRANSMISOR 126 4.4.3. DISEÑO PCB DEL NODO RECEPTOR 128 4.4.4. DISTRIBUCIÓN Y RUTEO DE COMPONENTES 129 4.4.5. IMPLEMENTACIÓN FÍSICA DE LAS PLACAS 130 4.5. DESARROLLO DEL FIRMWARE 131 4.5.1. FIRMWARE DEL NODO TRANSMISOR 131 4.5.2. FIRMWARE DEL NODO RECEPTOR 132 4.5.3. LÓGICA GENERAL DE OPERACIÓN DEL SISTEMA 133 4.5.4. VALIDACIÓN FUNCIONAL DEL FIRMWARE 134 4.6. IMPLEMENTACIÓN DE LA PLATAFORMA THINGSPEAK 134 4.6.1. CONFIGURACIÓN DEL CANAL DE MONITOREO 135 4.6.2. VISUALIZACIÓN DE VARIABLES AMBIENTALES 136 4.6.3. INTERFAZ DE MONITOREO EN TIEMPO REAL 137 4.6.4. INTEGRACIÓN ENTRE LORA, ESP32 Y THINGSPEAK 138 4.7. DESARROLLO DE LA HERRAMIENTA MATLAB 138 5. RESULTADOS 141 5.1. VALIDACIÓN FUNCIONAL DEL SISTEMA IMPLEMENTADO 141 5.1.1. INDICADOR DE DISPONIBILIDAD DE TRANSMISIÓN 144 5.2. ANÁLISIS DE LAS VARIABLES AMBIENTALES MONITOREADAS 145 5.2.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DESCRIPTIVO 146 5.2.2. ANÁLISIS DE CORRELACIONES 149 5.2.3. MODELOS DE REGRESIÓN 150 5.2.4. DETECCIÓN DE VALORES ATÍPICOS 153 5.2.5. ANÁLISIS PREDICTIVO 156 5.2.6. EVOLUCIÓN DE LAS FASES DEL COMPOSTAJE 158 5.2.7. ÍNDICE DE ESTABILIDAD DEL COMPOST 160 5.2.8. SISTEMA DE ALERTAS 161 5.2.9. INDICADORES CLAVE DE DESEMPEÑO 162 5.2.10. SCORE GLOBAL DEL PROCESO 163 5.2.11. EVALUACIÓN DE LA CALIDAD FINAL DEL COMPOST 164 5.3. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 165 6. CONCLUSIONES 170 7. RECOMENDACIONES 172 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 174 9. APÉNDICES 179 9.1. APÉNDICE A. CÓDIGO FUENTE DEL NODO TRANSMISOR BASADO EN ESP32 179 9.2. APÉNDICE B. SCRIPTS DESARROLLADOS EN MATLAB 202 9.2.1. INTRODUCCIÓN 246 9.2.2. OBJETIVOS DEL SISTEMA 246 9.2.3. ARQUITECTURA DEL SISTEMA 246 9.2.4. DIAGRAMA DE FLUJO DE DATOS 247 9.2.5. CANALES THINGSPEAK Y SUS VARIABLES 247 9.2.6. SENSORES UTILIZADOS 248 9.2.7. INTERFAZ DE LA DASHBOARD 248 9.2.8. ENCABEZADO 249 9.2.9. PANEL DE DECISIONES OPERATIVAS 249 9.2.10. TARJETAS DE VARIABLES EN TIEMPO REAL 250 9.2.11. GRAFICAS HISTÓRICAS EN LA DASHBOARD 252 9.2.12. SISTEMA DE ALARMAS 253 9.2.13. BARRA DE ALARMA INFERIOR 253 9.2.14. SELECCIÓN DE FASE 254 9.2.15. PANEL DE ALARMA 254 9.2.16. BITACORA DE ALERTAS 255 9.2.17. ALERTAS POR TELEGRAM 256 9.2.18. FORMATO DE MENSAJE TELEGRAM 257 9.2.19. SOLUCIONES DE PROBLEMAS TELEGRAM 257 9.2.20. HERRAMIENTAS DE DATOS 258 9.2.21. VISOR DE ANÁLISIS HISTÓRICO 259 9.2.22. PANEL DE DETALLE POR TARJETA 260 9.2.23. INSTALACIÓN Y CONFIGURACIÓN TÉCNICA 262 9.2.24. CONFIGURACIÓN DE CANALES THINGSPEAK 264 9.2.25. CONFIGURACIÓN BOT TELEGRAM 264 9.2.26. SOLUCIÓN A PROBLEMAS 265 9.2.27. GLOSARIO DE TÉRMINOS 266 | es_ES |
| dc.language.iso | es | es_ES |
| dc.publisher | Unidades Tecnológicas de Santander | es_ES |
| dc.subject | Compostaje, monitoreo ambiental, ESP32, LoRa, CO₂. | es_ES |
| dc.title | Monitoreo de variables ambientales en compostera como estrategia de implementación de economía circular | es_ES |
| dc.type | degree work | es_ES |
| dc.rights.holder | copyright(CC.BY.NC.ND 2.5) | es_ES |
| dc.date.emitido | 2026-06-22 | |
| dc.dependencia | fcni | es_ES |
| dc.proceso.procesouts | investigacion | es_ES |
| dc.type.modalidad | proyecto_de_investigación | es_ES |
| dc.format.formato | es_ES | |
| dc.titulog | Tecnólogo en Implementación de Sistemas Electrónicos Industriales | es_ES |
| dc.educationlevel | tecnologo | es_ES |
| dc.contibutor.evaluator | evaluador | es_ES |
| dc.date.aprobacion | 2026-06-22 | |
| dc.description.programaacademico | Tecnólogía en Implementación de Sistemas Electrónicos Industriales | es_ES |
| dc.dependencia.region | bucaramanga | es_ES |
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