Dispensador automático
de agua para el consumo
humano usando
dispositivos telemáticos
Automatic Water Dispenser for Human Consumption using
Telematic Devices
Paola Benítez
Universidad Técnica Estatal de Quevedo
https://orcid.org/0000-0003-2753-3440
pbenitez@uteq.edu.ec
Néstor Vásconez
https://orcid.org/0000-0002-5312-693X
Universidad Técnica Estatal de Quevedo
nestor.vasconez2016@uteq.edu.ec
Jefferson Bustamante
https://orcid.org/0000-0001-9267-8553
Universidad Técnica Estatal de Quevedo
jefferson.bustamante2016@uteq.edu.ec
Marcos Zumba
https://orcid.org/0000-0003-0403-8543
Universidad Técnica Estatal de Quevedo
marcos.zumba2016@uteq.edu.ec
Resumen
La contaminación en el medio ambiente crece de
manera insostenible a medida que pasa los años y
el ser humano es el principal actor de los cambios
climáticos que se producen en nuestro planeta.
Muchos de los inventos tecnológicos que se han
producidos son fabricados a partir de etileno y son
los más contaminantes desde su forma de
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— CC BY-NC-SA 4.0
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-
sa/4.0/legalcode.es
Ingenio
Enero - Diciembre Vol. 3 Núm. 1 (2020)
https://revistas.uteq.edu.ec/index.php/ingenio
eISSN: 2697-3642
ingenio@uteq.edu.ec
Recepción: 1 de enero 2019
Aprobación: 28 agosto 2019
Pág. 89-101
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elaboración hasta su uso, debido a que tarda
muchos años en descomponerse. El avance de la
tecnología proporciona bienestar para la
humanidad, pero a su vez varios de los inventos
tienen un lado negativo debido a su alta capacidad
contaminante en el planeta. Uno de ellos son los
envases plásticos desechables que no son
reciclados. Por ello, este trabajo tiene como
objetivo diseñar un prototipo dispensador de agua
que permita reducir la contaminación por plásticos
de un solo uso, para de esta manera ayudar en la
lucha por un medio ambiente menos contaminado.
Palabras clave Dispensador de agua,
dispositivos telemáticos, sistemas embebidos
Abstract
Pollution in the environment grows unsustainably as the years go by and human beings are the
main actor in the climatic changes that take place on our planet. Many of the technological
inventions that have been produced are made from ethylene and are the most polluting from
their manufacturing process to their use, because it takes many years to decompose. The
advancement of technology provides well-being for humanity, but in turn many of the inventions
have a negative side due to their high polluting capacity on the planet. One of them is
disposable plastic containers that are not recycled. Therefore, this work aims to design a
prototype of water dispenser that allows reducing contamination by single-use plastics, thus
helping to fight for a less polluted environment.
Key words: Water dispenser, telematic devices, embedded systems.
INTRODUCCIÓN
La contaminación por envases plásticos está afectando a todos los rincones de nuestro
planeta: desde las profundidades de los océanos hasta los bosques remotos; desde el ártico
hasta las riberas de los ríos, nuestra cultura de emplear productos plásticos de un solo uso
para cualquier tipo de bebida hidratante o agua está destruyendo nuestro medio ambiente
(greenpeace.org, 2019).
Beber la suficiente cantidad de agua al día forma parte de un estilo de vida saludable y activo,
pero el medio en que se comercializa es un factor importante de contaminación debido a que
son hechas de plástico, lo cual genera contaminación en el medio ambiente. Muchos de estos
envases plásticos jamás reciclados terminan convirtiéndose en alimento de cientos de animales
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marinos, aves, mamíferos; llegándoles a provocar, en el peor de los casos, la muerte por la
presencia de micro plástico en los organismos vivos del planeta (Rojo-Nieto & Montoto
Martínez, 2017).
La preocupación por el cambio climático es una lucha constate por lo tanto muchas empresas
han buscado diferentes alternativas enfocada a la reducción de plásticos, Reciclar envases
plásticos es un tema muy preocupante; el 25% son recuperados para su tratamiento. Un
reciente estudio revela que el 90% de la población de aves marinas tiene microplásticos en la
sangre (Herrera, Liria Loza, Ostiategui, & Gómez, 2017). Uno de nuestros objetivos es mejorar
el sistema de reciclaje y, sobre todo, disminuir su producción y consumo (ESPAÑA, 2019).
Debido a estos problemas se evidencia la necesidad de diseñar dispensadores para la
distribución de agua directamente a los consumidores, con el fin de brindar una alternativa
diferente, para disminuir la contaminación por plásticos. Por ello, en este trabajo se describe el
diseño e implementación de un prototipo de dispensador de agua semiautomático empleando
sistemas embebidos, para la distribución de agua mediante envases reutilizables.
EL PROBLEMA DEL PLÁSTICO
La contaminación por plásticos es un factor influyente en el cambio climático a nivel mundial.
Estudios realizados por la revista Global Greenpeace sobre el uso y producción de plásticos a
nivel mundial indica que se han fabricado unos 8,3 mil millones de toneladas de plástico desde
que su producción inició alrededor del año 1950. Tan solo un 9% del plástico total producido se
ha reciclado, el 12% se ha incinerado y el 79% restante ha acabado en vertederos o en el
medio ambiente, de lo cual 12,7 millones de toneladas de plástico acaban en el océano cada
año (Greenpeace, 2018).
Con estas elevadas cifras de producción de plásticos nos encontramos en un punto sin
retornos para reciclar o reducir los productos ya existentes en el medio ambiente. Muchos de
estos envases son de un solo uso y solo una pequeña cantidad de lo que se produce se recicla
o se utiliza de nuevo.
Una de las soluciones óptimas planteadas por instituciones públicas o privadas para la
reducción de plásticos a nivel mundial es la prohibición y limitación mediante leyes que incluyan
objetivos de reutilización (Palacios, 2019).
Según un reporte para la WWF, la industria del plástico ha producido más del 75% de estos
productos desechables. De hecho, se estima que una tercera parte de estos desechos se han
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convertido en una de las principales causas de la contaminación por parte de plásticos, debido
al mal manejo de estas sustancias (Dalberg, 2019).
Investigaciones realizadas por la Organización de las Naciones Unidas (ONU), muestran que la
producción mundial de plástico está aumentando rápidamente. Se estima que para el año 2030
el mundo produzca 619 millones de toneladas de plásticos por año (Holders, 2018).
Una de las alternativas para reducir la producción de envases desechables que se generan a
diario es que los gobiernos deben promulgar políticas fuertes que impulsen un modelo de
diseño y producción de plásticos más circular. Por ende, se debe mejorar los sistemas de
gestión de residuos e introducir incentivos financieros para cambiar los hábitos de los
consumidores, los minoristas y los fabricantes (Holders, 2018).
Otra de las innovaciones que se están presentando en la reutilización del plástico que fue
presentado en el canal de TV Puebla Noticias como la primera carretera hecha a base de
plástico reciclado la cual tuvo lugar en México, específicamente en el estado de Guanajuato:
ésta consta de 4 kilómetros de carretera, lo que equivale a 425,000 empaques flexibles de
plástico (Puebla Noticias, 2019).
Notables ideas en cuanto a la conservación del medio ambiente evitando la contaminación por
residuos plásticos fue expuesta por un diseñador holandés y creó Precious Plastic, una
máquina con la cual cualquiera podría reciclar desde la comodidad de su casa todo el plástico
que utiliza en su día a día. El desarrollador de dicha idea estima lograr reciclar al menos un
10% de la cantidad total de los residuos plásticos que terminan adulterando el curso natural de
los ecosistemas (Dave Hakens, 2016).
PROPUESTA
Los índices de contaminación del planeta están creciendo, convirtiéndose en un problema que
está lejos de solucionarse. Los plásticos siguen siendo uno de los mayores contaminantes y al
no ser reciclados cada día siguen acumulándose y obstaculizando el flujo de ríos,
contaminando tierras y los desechos siguen provocando alteraciones en el ecosistema. La
excesiva producción de botellas plásticas que se descartan a diario tardan más de 1.000 años
en degradarse y en este largo proceso la lluvia los arrastra por los ríos, siendo los océanos el
destino de estos desechos.
El avance de la tecnología permite generar una mejor calidad de vida y la producción de
materiales plástico no son la excepción. El presente proyecto propone implementar un circuito
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electrónico dispensador de agua utilizando sistemas embebidos, de esta manera nos permita
ayudar al medio ambiente utilizando envases plásticos reutilizables.
Para tener varias ideas sobre el diseño del prototipo se realizó una entrevista a varios docentes
de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo. Los resultados de esta entrevista permitieron
obtener ideas para el diseño del prototipo y plan tarifario de acuerdo al alcance de la economía
del consumidor, llegando a la conclusión que el objetivo que más se ajusta al usuario es un
dispensador que genere diferentes cantidades de agua de acuerdo a su consumo diario.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para el desarrollo del prototipo dispensador se implementó una seria de pasos o secuencias
que se detallan el diagrama de bloques que se muestra en la figura 1.
Figura 1. Diagrama de flujo de trabajo
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Diseño del prototipo
La figura 2 ilustra el diseño del prototipo propuesto. En ella se puede apreciar la vista frontal
del dispensador, junto con los precios propuestos durante el estudio.
Figura 2. Vista frontal del prototipo.
Materiales
A continuación, se presenta la lista de materiales utilizados para el circuito.
Electrónica
Fichero multimoneda.
Arduino UNO.
Bomba de agua 12voltios.
Placa PCB (placa de circuito impreso).
Leds de color verde y rojo.
Pulsador.
Cargador de 12 voltios.
Placa SIM 900.
Adicionales
Pistola de silicón.
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Cartón.
Amarras plásticas.
Estilete.
Aplicaciones
Proteus (Software de simulación de circuitos)
Implementación
Para el desarrollo del circuito se tomó en cuenta la calidad de los materiales, el diseño de lector
de pulsos PCB, alimentación independiente e instalación del software necesario para cumplir
con los objetivos propuestos.
La placa de circuito impreso se conecta al Arduino previamente configurada con sus
respectivas entradas y salidas; en cada pin se conectan los demás materiales de acuerdo a la
Figura 3. El fichero multimoneda está configurado para reconocer 8 tipos de monedas
diferentes en los puertos de entrada del PCB los mismos que generaran un crédito de acuerdo
al tipo de moneda introducida.
Figura 3. Placa PCB.
Cuando el circuito está libre se lo puede identificar cuando el led de color verde este encendido
indicando que está disponible para su uso, y el led de color rojo indicando que esta con un
crédito el mismo que se apagará después de presionar el pulsador que está conectado al
puerto de entrada de la PCB.
Funcionamiento
La PCB fue previamente simulada en Proteus como se puede ver en las figuras 4 y 5, con esto
se definió que para su implementación se requiere una fuente de alimentación de 12V. Además
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se utilizó los siguientes componentes: Transistor 2N3904 NPN, resistencias, diodos, Zumbador
piezoeléctrico, MF-301 SERIES, conector de cables KF301-3P 5.08 MM 300 V / 16A (14-
22AWG). El diseño final del circuito se muestra en la figura 6.
Figura 4. Circuito PCB en Proteus.
Figura 5. Simulación en Proteus.
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Figura 6. Diseño del circuito
METARIALES Y MÉTODOS PARA LA EVALUACIÓN DE LA PROPUESTA
Prueba piloto
Se realizó una prueba piloto con estudiantes de las carreras de Ingeniería Eléctrica y
Telemática de la universidad de los autores con la finalidad de verificar que el correcto
funcionamiento del prototipo. Con esto se llegó a la conclusión que el dispensador de agua
debía colocarse en un lugar con mucha afluencia de personas y además es necesario una
conexión eléctrica debido a que requiere una alimentación de 12 voltios para su
funcionamiento.
Participantes
Se realizó evaluación del prototipo dispensador con 12 personas, 8 estudiantes de la
universidad de los autores y 4 externos, con edades entre los 18 y 28 años. La mitad de los
participantes corresponden al género masculino y la otra mitad al género femenino. Hay que
notar que para realizar la evaluación del prototipo dispensador de agua no se requiere
participantes de edades específicas ni algún nivel de educación, tomando en cuenta que la
mayoría de los usuarios eran estudiantes solo cuatro eran de lugares diferentes.
Lugar de Evaluación
El proceso de evaluación se realizó en casa de uno de los autores. Se decidió realizarla en
este lugar debido a que la mayoría de los participantes son residentes de esta localidad.
Además la residencia seleccionada permitió tener un ambiente adecuado para evitar
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interrupciones que provoquen distracciones para los usuarios, de esta manera se obtuvieron
resultados más confiables en la evaluación.
Procedimiento
Antes de realizar la evaluación se procedió a dar una breve introducción sobre el
funcionamiento del prototipo dispensador de agua y los beneficios que le representan al medio
ambiente y a la economía de cada uno. Para su mejor compresión sobre el funcionamiento del
prototipo se procedió a mencionar algunas instrucciones al participante, como proceder a
introducir la moneda y que tipo de moneda debe utilizar. Seguido de eso se explicó la forma de
obtención del agua y como colocar la botella al momento de accionar el botón.
Antes de realizar la evaluación los participantes firmaron en consentimiento informado, en el
cual se explicó que los datos personales no serán divulgados, la información recolectada será
de carácter investigativo pero que sirve para los autores del trabajo.
Recolección de datos
Luego de interactuar con el prototipo dispensador, se procedió a la recolección de los datos
mediante un cuestionario demográfico con fin de obtener datos personales (como edad, sexo,
nivel de educación, otras relacionadas al consumo de agua). Seguido de esto se procedió a
evaluar la usabilidad global del prototipo usando el cuestionario llamado System Usability Scale
(SUS) (usabilidad).
Adicionalmente se procedió a realizar cinco preguntas de libre opinión para responder por parte
de los entrevistados.
¿Cree usted que al hacer uso de un dispensador de agua ayude a reducir el consumo
de envases plásticos?
¿Considera usted que al dispensador de agua le hace falta algo?
¿Cree usted que utilizando un dispensador de agua ayudaría al medio ambiente con?
¿Recomendaría el uso de este dispensador para reducir el uso de plásticos?
¿Qué tipo de agua le gustaría que dispensara este prototipo?
RESULTADOS
Se realizó la tabulación de los datos obteniendo los siguientes resultados. El prototipo en
general tuvo buena aceptación por parte de los usuarios durante el proceso de evaluación.
La mayoría de los encuestados respondieron las preguntas expresando que es fácil su
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funcionamiento obteniendo una media de 4,03 en forma global sobre las 10 preguntas que
se muestra en la tabla 1.
Por otra parte, los participantes indicaron que el prototipo dispensador de agua ayudaría al
medio ambiente en la reducción de plásticos debido a que se puede reutilizar o utilizar otro
envase no desechable, aunque indicaron que aún se sigue utilizando envases plásticos.
Además, todos los participantes mencionaron que al prototipo dispensador de agua le hace
falta un sistema de ionización que permita conectar directamente a la llave del servicio público
de esta manera reduciría costos en la compra de los botellones siendo más rentable en su
producción.
Tabla 1. Media obtenida por cada pregunta.
Enunciados/Preguntas
MEDIA
1.- Le gustaría usar el dispensador frecuentemente
4,4
2.- Encontré el dispensador al complejo.
4,1
3.- Pienso que el dispensador fue fácil de usar.
3,9
4.- Necesitaría apoyo de un técnico/profesor para utilizar el dispensador.
4,5
5.- Encontré que las diferentes funciones del dispensador fueron bien integradas
(constituyen un todo).
3,8
6.- Pienso que había demasiadas inconsistencias en el dispensador.
3,9
7.- Imagino que la mayoría de las personas aprenderían a usar rápidamente el
dispensador.
3,7
8.- Encontré el dispensador muy difícil de usar.
4,3
9.- Me sentí muy seguro/cómodo usando el dispensador.
3,8
10.- Necesito aprender muchas cosas antes de utilizar el dispensador.
4,0
TOTAL
4,03
100
CONCLUSIONES
En este trabajo se ha propuesto el uso de un dispensador de agua en cantidades especificadas
por el usuario con la finalidad de ayudar a reducir la contaminación por plástico. Para ello,
mediante una entrevista inicial se recolectaron algunos datos que permitieron obtener mayores
ideas para diseñar el prototipo inicial con el que puedan interactuar los usuarios. Las pruebas
piloto, como un proceso previo de evaluación, permitieron determinar la ubicación de los
dispositivos de esta manera se pudo desarrollar el prototipo inicial. De acuerdo a las
evaluaciones sobre la usabilidad del prototipo la mayoría de los participantes le llamó la
atención el diseño, y según sus opiniones y de acuerdo al costo de su elaboración, es rentable
y puede ser implementado en gran escala en cualquier parte del país. Sin embargo, muchos de
los materiales utilizados en el diseño del prototipo son vulnerables al ruido producido por el
medio ambiente por ende es aconsejable utilizar materiales de mayor calidad que tenga mayor
inmunidad al ruido.
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WWF. Obtenido de
https://d2ouvy59p0dg6k.cloudfront.net/downloads/plasticoinforme.pdf
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the-system-usability-scale-sus-to-evaluate-the-usability-of-your-website/
