10. Configuración experimental

10.1 Objetivo

La configuración experimental define las condiciones utilizadas para validar el comportamiento del prototipo AquaMonitor v3.2. Las pruebas permiten evaluar calibración, clasificación de estados, respuesta ante condiciones críticas, robustez, notificaciones, repetibilidad y consumo.

Esta sección describe el protocolo de cada banco y sus formatos de registro; los resultados obtenidos se presentan en la sección 11. Todos los resultados numéricos corresponden a mediciones realizadas por el equipo, salvo el consumo de corriente (B6), que es una estimación a partir de hojas de datos y se identifica como tal.

10.2 Condiciones generales

Parámetro	Configuración
Firmware	AquaMonitor v3.2, sin constantes de calibración aplicadas (CAL_T, CAL_H y CAL_P en 1.0 y 0.0)
Microcontrolador	ESP32 DevKit V1
Sensor de nivel	HC-SR04 (ECHO directo al GPIO 18, sin divisor)
Sensor ambiental	DHT22
Sensor UV	GUVA-S12SD
Sensor de presión	BMP180 (I2C 0x77)
Pantalla	OLED SH1106 I2C (0x3C)
Alarma	Buzzer activo
Periodo de sensado	2 s (ciclo real ≈ 2.4 s)
Ventana de tasa de cambio	5 min; 60 s durante la emulación acelerada
Ventana de tendencia de presión	3 h; 60 s durante la emulación acelerada
Rango de nivel (firmware)	4 cm = 100 % · 9 cm = 0 %
Rango de nivel (caracterización B1)	5 cm = 100 % · 20 cm = 0 %
Histórico	60 muestras, una por minuto (≈ 1 h), más los últimos 10 eventos, en RAM
Consulta del tablero	cada 4 s
Red	WLAN local; el tablero web se accede en http://192.168.1.19/
Modelo a escala	Recipiente con rango de medición de 5 a 20 cm entre el sensor y la superficie del agua

Nota: la caracterización del HC-SR04 se hizo entre 5 y 20 cm (rango del recipiente), mientras que el firmware usa 4–9 cm. El error en distancia es válido para ambos, pero el error en nivel con la geometría del firmware es mayor (ver 11.2).

10.3 Banco B1 — Calibración

Nivel de agua

Se midieron 7 distancias conocidas (5 a 20 cm, cada 2.5 cm) con regla o cinta métrica, y se tomaron 10 lecturas del sensor por distancia (L1–L10).

Punto	Referencia (cm)	Promedio (cm)	Sesgo (cm)	σ (cm)	Error máx. (cm)
1	5	5.15	+0.15	0.12	0.30
2	7.5	7.68	+0.18	0.09	0.30
3	10	10.15	+0.15	0.08	0.30
4	12.5	12.59	+0.09	0.07	0.20
5	15	15.14	+0.14	0.11	0.30
6	17.5	17.69	+0.19	0.23	0.40
7	20	20.39	+0.39	0.10	0.60

Resultados reportados:

• Error medio: 0.18 cm.
• Error máximo: 0.60 cm (a 20 cm).
• Ajuste lineal: y = 0.9895x − 0.051 (distancia real = f(distancia medida)).
• Coeficiente R²: 0.9998.

Temperatura y humedad

Se comparó el DHT22 con un higrómetro de referencia (resolución 0.1 °C) en tres condiciones de temperatura y tres de humedad.

Variable	Condición	Referencia	DHT22	Error (sesgo)
Temperatura	Ambiente (N = 10)	29.7 °C	29.4 °C	−0.30 °C
Temperatura	Calentador (N = 11)	31.9 °C	32.0 °C	+0.11 °C
Temperatura	Nevera (N = 8)	11.4 °C	8.55 °C	−2.85 °C (régimen transitorio, no usado para calibrar)
Humedad relativa	Ambiente (10 lecturas)	52.0 %	53.4 %	+1.45 % HR
Humedad relativa	Ambiente seco (10 lecturas)	38.0 %	39.8 %	+1.79 % HR
Humedad relativa	Humidificado (10 lecturas)	72.1 %	73.3 %	+1.14 % HR

Limitación: con solo dos niveles de temperatura estacionarios, el ajuste lineal (Ref = 0.840·DHT22 + 5.00) es indicativo y no se aplicó en el firmware. Para la humedad, el ajuste propuesto es Ref = 1.019·DHT22 − 2.51 (R² = 0.9997), tampoco aplicado.

Radiación UV

No se contó con un radiómetro UV calibrado ni con un servicio meteorológico de referencia. Se usó la sensibilidad nominal del sensor (UV_V_POR_INDICE ≈ 0.1 V por índice UV) y un índice UV de referencia asignado a cada condición (habitación cerrada, luz solar por ventana, lámpara UV). El offset UV_V_OFFSET = 0.14 V se fijó midiendo el voltaje con el sensor tapado. La validación cubre el orden de magnitud y la respuesta cualitativa, no una calibración fina (ver 11.2).

Presión atmosférica

Se comparó el BMP180 con el barómetro de un celular (app Atmospheric Pressure Barometer) en cuatro momentos del día, promediando 10 lecturas por momento. Sesgo medio: +1 hPa, constante. Calibración propuesta: CAL_P_A = 1.0, CAL_P_B = −1.0 (no aplicada). La referencia no es instrumentación calibrada.

10.4 Banco B2 — Emulación acelerada

Para reproducir condiciones críticas en un tiempo razonable, se redujeron temporalmente VENTANA_TASA_MS y PRES_VENTANA_MS a 60 000 ms (en operación normal son 5 min y 3 h). Cada escenario se repitió 5 veces.

Escenario	Condición simulada	Tiempo hasta alerta (medio)	Observación
Desborde (nivel alto)	Nivel por encima del umbral de 95 %	7.4 s (6.4–8.9)	5/5 detecciones, estado DESBORDE
Sequía (nivel bajo)	Nivel por debajo del umbral de 20 %	5.9 s (5.1–6.9)	5/5 detecciones, estado SEQUIA
Riesgo de sequía por evaporación	Lámpara + ventilador, evaporación ≥ 70 %	6.5 s (5.9–7.2)	5/5 detecciones, estado SEQUIA
Fuga simulada	Salida controlada de agua	90.0 s (68–117)	4/5 detecciones, estado FUGA
Falla de sensor	Ultrasónico sin eco	12.3 s (12.0–12.6)	5/5 detecciones, estado ERROR_SENSOR

Las condiciones ambientales se emularon con una lámpara (calor y UV), un ventilador o secador (humedad baja) y un humidificador (humedad alta). La fuga se emuló con una salida controlada de agua en el recipiente (jeringa o válvula).

10.5 Banco B3 — Lógica de clasificación

Se realizaron 5 repeticiones por escenario (30 pruebas en total).

Escenario	Estado esperado	Estado observado	TP	FP	FN	TN	Histéresis
Nivel normal	OK	OK (4/5); FUGA en rep. 3	—	1	—	4	—
Desborde	DESBORDE	DESBORDE	5	0	0	—	Entra 95.6 %, sale 89.8 % (diseño 95/90)
Sequía	SEQUIA	SEQUIA	5	0	0	—	Entra 19.7 %, sale 25.4 % (diseño 20/25)
Riesgo de sequía	SEQUIA	SEQUIA	5	0	0	—	—
Fuga	FUGA	FUGA (4/5); OK en rep. 4	4	0	1	—	—
Falla de sensor	ERROR_SENSOR	ERROR_SENSOR	5	0	0	—	—
Total			24	1	1	4	Banda ≈ 6 pp

Indicadores: precisión 0.96, sensibilidad 0.96, exactitud 0.93.

10.6 Banco B4 — Notificaciones

Se midió, en 10 repeticiones, el tiempo desde que se cumple la condición hasta:

1. Activación del buzzer.
2. Actualización de la OLED.
3. Actualización del tablero.
4. Aplicación de la orden de silenciar desde el tablero. Los resultados se registraron por canal.

Canal	Latencia media (s)	σ (s)	Máximo (s)
Buzzer	7.03	1.12	8.6
OLED	6.88	1.11	8.4
Tablero web	9.06	1.47	11.6
Silenciar	0.89	0.31	1.4

Silenciado correcto: 10/10. El registro del evento se verificó en el historial del tablero, sin medir su latencia de forma independiente.

10.7 Banco B5 — Robustez

Prueba	Resultado esperado	Resultado observado	Cumple
Desconectar sensor de nivel (sin eco)	ERROR_SENSOR tras 5 ciclos (≈ 12 s)	ERROR_SENSOR, nivel ERR, alarma sonora, 12.3 s	Sí
Desconectar DHT22 (DATA)	FALLA_DHT22 tras 3 ciclos (≈ 7 s), ERR, chirrido	Aviso DHT22, ERR en OLED y tablero, chirrido, 7.2 s	Sí
Desconectar BMP180 (SDA)	FALLA_BMP180 tras 3 ciclos, P:ERR, reinicializa al volver	Aviso BMP180, P:ERR, reinicializó al reconectar, 7 s	Sí
Desconectar GUVA-S12SD (cable S)	Aviso de falla	Sin aviso: la lectura queda en un valor bajo indistinguible de 0 UV	No (limitación conocida)
Desconectar OLED (SDA/SCL)	FALLA_OLED en tablero, reinicializa al volver	Pantalla apagada, aviso FALLA_OLED en tablero, 3 s	Sí
Valores fuera de rango	Lectura inválida sin clasificación incorrecta	Lectura descartada por el firmware, 7.1 s	Sí
Apagar WLAN (router apagado 30 s)	Alertas locales continúan, x en OLED	x en OLED, evento FALLA_WIFI	Sí
Recuperar WLAN	Reconexión automática	Reconectó solo (< 10 s tras volver el router)	Sí
Clave web incorrecta	Acceso rechazado	HTTP 401, 0.5 s	Sí
Acceso desde red no autorizada (datos móviles)	Acceso rechazado	HTTP 403, 0.5 s	Sí
Reinicio del ESP32	Histórico y eventos se borran (RAM)	Borrados, inició en OK	Sí (comportamiento esperado)

10.8 Banco B6 — Repetibilidad y energía

Repetibilidad. Se evaluó la desviación estándar sobre 10 lecturas repetidas en condiciones constantes, en cada punto de calibración.

Métrica	Resultado
Desviación estándar, distancia (7 puntos × 10 lecturas)	0.07 – 0.23 cm
Desviación estándar, temperatura DHT22 (ambiente / calentador)	0.00 / 0.12 °C
Desviación estándar, humedad DHT22	0.19 – 0.22 % HR
Tiempos de detección de desborde / sequía	6.4–8.9 s / 5.1–6.9 s
Tiempos de detección de falla de sensor	12.0 – 12.6 s

Consumo de corriente (estimado, no medido). Los valores se estimaron a partir de las hojas de datos de los componentes.

Estado	Corriente estimada	Rango de referencia
Reposo (WiFi conectado, sin alarma)	168 mA	≈ 160–260 mA
Alarma activa (buzzer)	186 mA	reposo + ≈ 10–30 mA
Arranque (pico)	430 mA	≈ 400–500 mA al iniciar WiFi

Para estimar la autonomía con una fuente de capacidad útil conocida:

Autonomía ≈ capacidad útil (mAh) / corriente media (mA)

Para dimensionar fuente o batería conviene medir la corriente con un multímetro en serie.

10.9 Instrumentos utilizados

Instrumento	Uso
Regla o cinta métrica	Calibración de nivel (distancias de 5 a 20 cm)
Higrómetro / termohigrómetro (resolución 0.1 °C)	Referencia de temperatura y humedad relativa
Sensibilidad nominal del GUVA-S12SD	Referencia UV (sin radiómetro ni servicio meteorológico)
Documentación de los componentes	Estimación del consumo de corriente (sin multímetro)
Celular con la app Atmospheric Pressure Barometer	Referencia de presión
Lámpara UV y calentador	Emulación de radiación UV y temperatura
Ventilador o secador	Emulación de humedad baja
Humidificador	Emulación de humedad alta
Nevera doméstica	Condición de baja temperatura
Jeringa o válvula	Salida controlada de agua para emular fugas