Powering a water quality monitoring system

Abstract

La Entidad Colaboradora, CERSE (Center for Environment Restoration and Sustainable Energy) con sede en el campus de Urbana-Champaign de la Universidad de Illinois, planteó un proyecto para monitorizar la contaminación del agua en lagos y ríos en tiempo real. La solución propuesta consiste en diseñar un barco autónomo (de aproximadamente 1 metro de longitud) dotado de sensores y herramientas de localización y comunicación que le permitan no solo tomar muestras para generar datos de contaminación del agua, sino también enviarlos a un servidor web para poder valorarlos en tiempo real y poder así alertar a la población sobre la seguridad en el consumo del agua. Para el correcto funcionamiento de dicho sistema, la empresa debe alimentar cada uno de los componentes electrónicos que forman el sistema cumpliendo sus diferentes especificaciones de potencia y durante el tiempo necesario para que éste pueda llevar a cabo sus funciones, las cuales durarán como mínimo un día. Este proyecto pretende solucionar este problema de potencia planteado. Para ello se diseñará el sistema de alimentación para el proyecto de la empresa CERSE, de modo que la electrónica tenga la energía suficiente para funcionar durante este tiempo especificado por la empresa. El principal reto que plantea este proyecto es que, ya que el barco se va a encontrar navegando, el sistema de potencia debe ser “inalámbrico”, es decir, debe ser capaz de funcionar sin estar conectado a la red eléctrica. Los componentes de este sistema de potencia deben ser ligeros ya que, cuanto más pesen, más energía consumirá el barco a la hora de moverse y, por tanto, podrá estar menos tiempo navegando. Además de ser ligeros deben ser de reducido tamaño, ya que deben poder ser introducidos junto con el resto de componentes en el pequeño barco del proyecto global.

The Collaborating Institution, CERSE (Center for Environment Restoration and Sustainable Energy) located at the University of Illinois at Urbana-Champaign, proposed a project to monitor water pollution in lakes and rivers in real time. The proposed solution consists of designing an autonomous boat (approximately 1-metre-long) equipped with sensors and location and communication tools that allow it not only to take samples to generate water pollution data, but also to send them to a web server in order to assess them in real time and be able to alert the population about the safeness of water consumption. This boat is equipped with an electronic circuit formed by different components such as a GPS and a GSM, which allow it to carry out its function. For the correct functioning of this system, the company must power each one of its components meeting their different specifications of power and during the necessary time so that the boat can carry out its duties, which will last at least one day. This project aims to solve this power problem. For this purpose, the power supply system will be designed for the CERSE project, so that the electronics have enough energy to operate during this time specified by the company. The main challenge posed by this project is that, since the boat is going to be sailing, the power system must be “wireless", i.e. it must operate without being connected to the grid. The components of this power system must be lightweight because the heavier they are, the more energy the boat consumes when moving and therefore the less time it can spend sailing. In addition to being light they must be of reduced size, since they must be able to be introduced together with the rest of components in the small boat of the global project.