Publicación:
Prototipo para la detección de vibraciones y parámetros ambientales en el laboratorio de Ciencias de la Computación – C3

dc.contributor.advisorArias Londoño, Alexander
dc.contributor.advisorMuñoz García, Andrés Mauricio
dc.contributor.authorHernández Ramos, Felipe
dc.contributor.corporatenameInstitución Universitaria ITM
dc.contributor.juryHernandez, Cristian Mateo
dc.coverage.temporalColombia
dc.date.accessioned2026-08-28T19:50:48Z
dc.date.issued2026-06-05
dc.description.abstractEl presente trabajo de grado tiene como objetivo el diseño e implementación de un prototipo de bajo costo para la detección de vibraciones y el monitoreo de parámetros ambientales, desarrollado en el Laboratorio de Ciencias de la Computación – C3 del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM). El sistema busca ofrecer una herramienta de apoyo al análisis sísmico y ambiental mediante la integración de sensores electrónicos, procesamiento digital de señales y conectividad IoT, contribuyendo al fortalecimiento de las capacidades de observación y registro en entornos académicos y de investigación. La metodología se basó en cuatro fases principales: análisis y selección de componentes, diseño del sistema electrónico, programación del firmware y configuración del entorno de monitoreo en la nube. El hardware se estructuró en torno a un microcontrolador ESP32, que gestiona la adquisición de datos provenientes de un sensor de vibración piezoeléctrico, junto con sensores de temperatura, humedad y precipitación. Los datos recolectados se almacenan y visualizan en tiempo real mediante las plataformas InfluxDB y Grafana, garantizando un acceso ágil y dinámico a la información. Como resultado, se obtuvo un sistema funcional capaz de registrar variaciones sísmicas y condiciones ambientales con validación preliminar y funcionalidad. El prototipo demostró ser una solución viable para aplicaciones educativas y de investigación, al combinar funcionalidad, bajo costo y escalabilidad. Las pruebas realizadas evidenciaron un correcto desempeño en la detección de vibraciones y la transmisión de datos en entornos locales y de red.spa
dc.description.degreelevelPregrado
dc.description.degreenameIngeniero(a) Mecatrónico(a)
dc.description.tableofcontents1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 14 1.1 Generalidades ......................................................................................................................... 14 1.2 Objetivos ................................................................................................................................. 15 1.2.1 Objetivo general ............................................................................................................... 15 1.2.2 Objetivos específicos ........................................................................................................ 15 1.3 Organización del trabajo ......................................................................................................... 16 2. MARCO TEÓRICO ...................................................................................................... 17 2.1 Monitoreo de vibraciones ........................................................................................................ 18 2.1.1 Nodos ............................................................................................................................... 18 2.1.2 Eventos ............................................................................................................................. 19 3.3 Circuito de acondicionamiento SEN-09199 + AD620 (vibraciones bajas y medias) ............. 34 Paso 1. Investigación de alternativas y selección del sensor ................................................. 34 Paso 2. Selección del sistema de amplificación .................................................................... 39 Paso 3. Diseño del circuito en software ................................................................................ 41 Paso 4. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 42 Paso 5. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 44 3.4 Circuito de acondicionamiento SW‑420 (vibraciones fuertes) ............................................... 46 Paso 1. Investigación de alternativas y selección del sensor ................................................. 46 Paso 2. Diseño y simulación del circuito con el sensor SW-420 .......................................... 49 Paso 3. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 50 Paso 4. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 52 3.5 Circuito de acondicionamiento YL-83 + DHT11 (monitoreo climático) ................................ 54 Paso 1. Investigación de alternativas y selección de los sensores ......................................... 54 Paso 2. Diseño y simulación del circuito con los sensores YL-83 y DHT11 ........................ 60 Paso 3. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 62 Paso 4. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 64 3.6 Diseño de la base de datos en InfluxDB.................................................................................. 67 Paso 1. Creación de cuenta y acceso a InfluxDB Cloud ....................................................... 67 Paso 2. Configuración inicial y creación del bucket en InfluxDB ........................................ 70 3.7 Código de adquisición de datos en ESP32 y conexión con sensores e InfluxDB ................... 73 Paso 1. Configuración inicial del código en el entorno de desarrollo ................................... 73 Paso 2. Integración de sensores ambientales y de vibración ................................................. 77 Paso 2.1 Integración del sensor DHT11 ............................................................................ 77 Paso 2.2 Integración del sensor YL-83 ............................................................................. 78 Paso 2.3 Integración del sensor SW-420 ........................................................................... 79 Paso 2.4 Integración del sensor piezoeléctrico SEN-09199 (con AD620) ........................ 79 Paso 3. Integración completa del sistema .............................................................................. 80 Paso 4. Verificación en la plataforma ................................................................................... 84 3.8 Diseño del dashboard en Grafana para la comunicación con InfluxDB.................................. 88 3.8.1 Pasos para el diseño e implementación del dashboard en InfluxDB y Grafana para la comunicación de datos. ........... 88 2.2 Sensores de vibración .............................................................................................................. 19 2.2.1 Sensor piezoeléctrico SEN-09199 .................................................................................... 20 2.2.2 Sensor de vibración SW-420 ............................................................................................ 21 2.3 Monitoreo climático ................................................................................................................ 22 2.3.1 Estaciones de monitoreo climático ................................................................................... 22 2.4 Sensores climáticos ................................................................................................................. 23 2.4.1 Sensor DHT11 .................................................................................................................. 23 2.4.2 Sensor de lluvia YL-83 .................................................................................................... 24 2.5 Arquitectura IoT del sistema ................................................................................................... 25 3. METODOLOGÍA ......................................................................................................... 26 3.1. Soluciones existentes para el monitoreo sísmico ................................................................... 27 3.1.1 Solución 1: Geófono estándar .......................................................................................... 27 3.1.2 Solución 2: Geófono de baja frecuencia ........................................................................... 28 3.1.3 Solución 3: Acelerómetros MEMS .................................................................................. 29 3.1.4 Solución 4: Sensores híbridos .......................................................................................... 30 3.2 Soluciones existentes para el monitoreo climático .................................................................. 30 3.2.1 Solución 1: Sensor de temperatura y humedad EE181-L ................................................. 31 3.2.2 Solución 2: Sensor de temperatura y humedad HMP155A .............................................. 32 3.2.3 Solución 3: Pluviómetro TE525WS de 8 pulgadas .......................................................... 32 3.2.4 Solución 4: Pluviómetro TB4 ........................................................................................... 33 3.3 Circuito de acondicionamiento SEN-09199 + AD620 (vibraciones bajas y medias) ............. 34 Paso 1. Investigación de alternativas y selección del sensor ................................................. 34 Paso 2. Selección del sistema de amplificación .................................................................... 39 Paso 3. Diseño del circuito en software ................................................................................ 41 Paso 4. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 42 Paso 5. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 44 3.4 Circuito de acondicionamiento SW‑420 (vibraciones fuertes) ............................................... 46 Paso 1. Investigación de alternativas y selección del sensor ................................................. 46 Paso 2. Diseño y simulación del circuito con el sensor SW-420 .......................................... 49 Paso 3. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 50 Paso 4. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 52 3.5 Circuito de acondicionamiento YL-83 + DHT11 (monitoreo climático) ................................ 54 Paso 1. Investigación de alternativas y selección de los sensores ......................................... 54 Paso 2. Diseño y simulación del circuito con los sensores YL-83 y DHT11 ........................ 60 Paso 3. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 62 Paso 4. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 64 3.6 Diseño de la base de datos en InfluxDB.................................................................................. 67 Paso 1. Creación de cuenta y acceso a InfluxDB Cloud ....................................................... 67 Paso 2. Configuración inicial y creación del bucket en InfluxDB ........................................ 70 3.7 Código de adquisición de datos en ESP32 y conexión con sensores e InfluxDB ................... 73 Paso 1. Configuración inicial del código en el entorno de desarrollo ................................... 73 Paso 2. Integración de sensores ambientales y de vibración ................................................. 77 Paso 2.1 Integración del sensor DHT11 ............................................................................ 77 Paso 2.2 Integración del sensor YL-83 ............................................................................. 78 Paso 2.3 Integración del sensor SW-420 ........................................................................... 79 Paso 2.4 Integración del sensor piezoeléctrico SEN-09199 (con AD620) ........................ 79 Paso 3. Integración completa del sistema .............................................................................. 80 Paso 4. Verificación en la plataforma ................................................................................... 84 3.8 Diseño del dashboard en Grafana para la comunicación con InfluxDB.................................. 88 3.8.1 Pasos para el diseño e implementación del dashboard en InfluxDB y Grafana para la comunicación de datos. ............................................................................................................ 88 Paso 1. Creación del dashboard en InfluxDB .................................................................... 88 Paso 2. Configuración de Grafana e integración con InfluxDB.......................................... 90 Paso 3. Diseño de paneles y visualización de datos .......................................................... 92 3.9 Diseño del prototipo mecánico ................................................................................................ 96 3.9.1 Diseño, construcción e implementación del prototipo mecánico del sistema ................ 96 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................. 101 4.1 Evaluación de los prototipos desarrollados ........................................................................... 102 4.1.1 Prototipo 1: Sensor piezoeléctrico SEN-09199 .............................................................. 102 4.1.2 Prototipo 2: Integración de múltiples sensores ............................................................... 103 4.1.3 Prototipo 3: Sistema optimizado y funcional ................................................................. 105 4.1.4 Pruebas de campo ........................................................................................................... 108 4.1.4.1 Prueba en el laboratorio ........................................................................................... 108 4.1.4.2 Pruebas en salón de clase ........................................................................................ 110 4.1.4.3 Pruebas en el parqueadero ....................................................................................... 110 4.1.5 Validación de variables ambientales .............................................................................. 111 4.1.5.1 Registro de mediciones ..................................................................................... 112 4.1.5.2 Evidencia experimental..................................................................................... 113 4.1.5.3 Análisis de resultados ....................................................................................... 118 4.1.5.4 Representación gráfica ............................................................................................ 118 4.1.6 Validación de vibraciones por flujo vehicular................................................................ 120 4.1.6.1 Registro de mediciones ........................................................................................... 120 4.1.6.2 Evidencia experimental ........................................................................................... 120 4.1.6.3 Análisis de resultados .............................................................................................. 125 4.1.6.4 Representación gráfica ............................................................................................ 125 4.1.7 Validación de presencia de lluvia mediante sensor YL-83 y modelo de referencia SIATA ........................ 127 4.1.7.1 Registro de mediciones ........................................................................................... 127 4.1.7.2 Evidencia experimental ........................................................................................... 128 4.1.7.3 Análisis de resultados .............................................................................................. 130 4.1.7.4 Representación gráfica ............................................................................................ 131 4.2 Discusión de resultados ......................................................................................................... 132 4.3 Análisis de costos y comparación con soluciones comerciales ............................................. 133 4.3.1 Costos del sistema propuesto ......................................................................................... 133 4.3.2 Comparación con nodo meteorológico ........................................................................... 133 4.3.3 Comparación con nodo sísmico ..................................................................................... 135 4.4 Conclusión del capítulo ......................................................................................................... 136 5. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y TRABAJO FUTURO ..................... 137 5.1 Conclusiones ......................................................................................................................... 137 5.2 Recomendaciones .................................................................................................................. 138 5.3 Trabajo futuro ........................................................................................................................ 138 6. REFERENCIAS .......................................................................................................... 138 6.1 Referencias ............................................................................................................................ 139 7. APÉNDICE .................................................................................................................... 141 ANEXO A. Cotizaciones de componentes.................................................................................. 141 ANEXO B. Código del sistema en ESP32 .................................................................................. 145 ANEXO C. Configuración del entorno de desarrollo en Arduino IDE ....................................... 149spa
dc.format.extent155 páginas
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameinstname:Institución Universitaria ITMspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional Institución Universitaria ITMspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repositorio.itm.edu.cospa
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.12622/8257
dc.language.isospa
dc.publisherInstitución Universitaria ITM
dc.publisher.branchCampus Robledo
dc.publisher.departmentDepartamento de Mecatrónica y Electromecánica::Ingeniería Mecatrónica
dc.publisher.facultyFacultad de Ingenierías
dc.publisher.placeMedellín
dc.publisher.programIngeniería Mecatrónica
dc.relation.references(CTCN), Climate Technology Centre & Network. (2026). Climate Change Monitoring. Obtenido de Climate Technology Centre & Network: https://www.ctc-n.org/technologies/climate-change-monitoring
dc.relation.referencesAhmed, M. R. (2021). Evaluation of Low-Cost Vibration Sensors for Structural Health Monitoring. IEEE Sensors Journal, 19830–19838.
dc.relation.referencesColombiano, S. G. (17 de 03 de 2026). Sismos en Colombia. Obtenido de Servicio Geológico Colombiano: https://www.sgc.gov.co/sismos
dc.relation.referencesCordulus. (2026). Estación meteorológica. Obtenido de cordulus.com: https://www.cordulus.com/es/glossary/weather-station
dc.relation.referencesDAGRD. (2020). Manual de estaciones de monitoreo y protocolos de registro ambiental. Departamento Administrativo de Gestión del Riesgo de Desastres de Departamento Administrativo de Gestión del Riesgo de Desastres de Medellín.
dc.relation.referencesDualtrónica. (2026). Sensor de lluvia YL-83. Obtenido de Dualtrónica: https://dualtronica.com/sensores/107-sensor-de-lluvia.html
dc.relation.referencesElectrical.com. (s.f.). www.electrical.com. Obtenido de https://www.electrical.com/Products/Automation-Pcb-Piezotronics/686B01?srsltid=AfmBOoq7zwugVLe2KOTU6UcjCWvf_3qgC00_FJDt6kkR6aeYlJHIDXqB
dc.relation.referencesElectronics, S. (1999). SEN-09199 Piezo Vibration Sensor – Small Vertical: Datasheet. SparkFun Electronics.
dc.relation.referencesElProCus. (2026). What are network nodes in computer network and their types. Obtenido de ElProCus: https://www.elprocus.com/what-are-network-nodes-in-computer-network-and-their-types/#:~:text=Definici%C3%B3n:%20En%20redes%2C%20los%20nodos,diversas%20funciones%20seg%C3%BAn%20la%20aplicaci%C3%B3n.&text=En%20una%20red%2C%20un%20nodo,comunicaciones%20dentr
dc.relation.referencesEspressifSystems. (2020). ESP32 Series Datasheet.
dc.relation.referencesGupta, M. &. (2014). A Review of MQTT Protocol for IoT. International Journal of Engineering Research & Technology, 1-4.
dc.relation.referencesGupta, S. T. (2014). Vibration sensing techniques and their applications in engineering. International Journal of Engineering Research and Applications, 45-52.
dc.relation.referencesIAPG. (2020). Adquisición de datos sísmicos 3D con nodos y modalidad “Dynamic Slip Sweep” en la Cuenca Neuquina. Instituto Argentino del Petróleo y del Gas, 79-81.
dc.relation.referencesIDEAM. (2018). Guía para la instalación y operación de estaciones meteorológicas automáticas. Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales.
dc.relation.referencesIMS Seismology. (s.f.). Seismic Sensors | Geophones & Accelerometers. Obtenido de IMS Seismology: https://www.imseismology.org/sensors/
dc.relation.referencesInfluxData. (2023). InfluxDB: The time series platform.
dc.relation.referencesINMTN. (2026). Sensors. Obtenido de INMTN: https://www.inmtn.com/weather/sensors-components/sensors/
dc.relation.referencesInstruments, A. (2017). SP-110 Pyranometer: Solar Radiation Sensor Technical Specifications. Obtenido de apogeeinstruments: https://www.apogeeinstruments.com/sp-110-pyranometer/
dc.relation.referencesInstruments, G. (2019). Gill WindObserver Ultrasonic Anemometer Technical Specifications. Obtenido de gill.co.uk: https://www.gill.co.uk/products/windobserver-ultrasonic-anemometer
dc.relation.referencesLatam, U. (2026). ¿Qué es un sensor sísmico? Obtenido de UAV Latam: https://uavlatam.com/que-es-sensor-sismico/#:~:text=En%20la%20actualidad%20y%20gracias,de%20las%20medidas%20de%20salida.
dc.relation.referencesLiu, H., & Wang, x. (2019). Vibration Detection and Monitoring Using Low-Cost Mechanical Sensors in Embedded Systems. Journal of Sensor Technology, 45-58.
dc.relation.referencesMeasurement Specialties, I. (2 de 04 de 1999). cdn.sparkfun.com. Obtenido de Piezo_Film_Sensors_Technical_Manual.pdf: https://cdn.sparkfun.com/assets/d/a/a/b/b/Piezo_Film_Sensors_Technical_Manual.pdf
dc.relation.referencesMinisterio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. (2026). Monitoreo y evaluación de la adaptación. Obtenido de Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible: https://www.minambiente.gov.co/cambio-climatico-y-gestion-del-riesgo/monitoreo-y-evaluacion-de-la-adaptacion-me/
dc.relation.referencesMouser Electronics. (s.f.). DHT11 Humidity & Temperature Sensor – Technical Data Sheet (Translated Version). Obtenido de Mouser Electronics: https://www.mouser.com/datasheet/2/758/DHT11-Technical-Data-Sheet-Translated-Version-1143054.pdf?srsltid=AfmBOoqORdS1BQkQDLWDpmX0aVdhmrMqu-dAIXh9mf5cS1D0oEDCKJnb
dc.relation.referencesNiuboltech. (2026). Niuboltech. Obtenido de Niuboltech: https://www.niuboltech.com/Product-knowledge/What-Types-of-Environmental-Sensors-Are-There.html
dc.relation.referencesPanama Hi-Tek. (2026). Módulo YL-83: Un detector de lluvia. Obtenido de Panama Hi-Tek: https://panamahitek.com/modulo-yl-83-un-detector-de-lluvia
dc.relation.referencesPRISMAB. (2026). Sensores climáticos para la agricultura: 10 cosas que debes saber. Obtenido de PRISMAB: https://prismab.com/blog/sensores-climaticos-para-la-agricultura-10-cosas-que-debes-saber/
dc.relation.referencesProyecto RACiMo – Halley UIS. (2026). Estaciones meteorológicas. Obtenido de class.redclara.net: https://class.redclara.net/halley/moncora/Monitoreo_Ambiental/Estaciones.html
dc.relation.referencesSheen, A. P. (2021). Multi-Sensor IoT Nodes for Environmental and Seismic Monitoring. Sensors and Systems Engineering, 233-250.
dc.relation.referencesSheen, D. H. (2021). Recent advances in earthquake monitoring: High-density seismic networks and sensor technologies. Bulletin of the Seismological Society of America, 1950-1965.
dc.relation.referencesShrout, J. &. (2021). Time-Series Data Visualization Tools for Environmental Monitoring Systems. Environmental Data Review, 77-89.
dc.relation.referencesShrout, T. R. (2007). Lead-free piezoelectric ceramics: Alternatives for PZT? Journal of Electroceramics, 113-126.
dc.relation.referencesShrout, T. Z. (2021). Piezoelectric sensors for structural health monitoring: Principles and applications. Journal of Sensor Technology, 45-58.
dc.relation.referencesTechnology, K. (2022). Datasheet SW-420. Vibration Sensor Module Specifications.
dc.relation.referencesuelectronics.com. (2026). Obtenido de sw-420-modulo-sensor-de-vibracion: https://uelectronics.com/producto/sw-420-modulo-sensor-de-vibracion/
dc.relation.referencesVaisala. (2023). YL-83 Rain Detector. Datasheet YL-83 Rain Detector.
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
dc.subject.ddc620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
dc.subject.ocde2. Ingeniería y Tecnología::2K. Otras Ingenierías y Tecnologías::2K02. Otras ingenierías y tecnologías
dc.subject.odsODS 10: Reducción de las desigualdades. Reducir la desigualdad en los países y entre ellos
dc.subject.odsODS 12: Producción y consumo responsables. Garantizar modalidades de consumo y producción sostenibles
dc.subject.otherMonitoreo ambiental
dc.subject.otherSensores
dc.subject.otherSismología
dc.subject.proposalVibracionesspa
dc.subject.proposalMonitoreo ambientalspa
dc.subject.proposalIoTspa
dc.subject.proposalESP32spa
dc.subject.proposalSensores piezoeléctricosspa
dc.subject.proposalInfluxDBspa
dc.subject.proposalGrafanaspa
dc.subject.proposalSismologíaspa
dc.subject.proposalPrototipo electrónicospa
dc.titlePrototipo para la detección de vibraciones y parámetros ambientales en el laboratorio de Ciencias de la Computación – C3spa
dc.typeTrabajo de grado - Pregrado
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85
dc.type.contentWorkflow
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.redcolhttp://purl.org/redcol/resource_type/TP
dc.type.versioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersion
dspace.entity.typePublication

Archivos

Bloque original

Mostrando 1 - 2 de 2
Cargando...
Miniatura
Nombre:
Trabajo de grado
Tamaño:
13.38 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Cargando...
Miniatura
Nombre:
Carta de autorización
Tamaño:
187.6 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format

Bloque de licencias

Mostrando 1 - 1 de 1
Cargando...
Miniatura
Nombre:
license.txt
Tamaño:
1.37 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descripción: