Diseño de una estación modular meteorológica para la integración y protección de nodos sensores destinados al monitoreo de variables ambientales en el cantón Baños de Agua Santa

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Date

2026-07-06

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO; FACULTAD DE DISEÑO Y ARQUITECTURA CARRERA DE DISEÑO INDUSTRIAL

Abstract

This degree project addresses the design of a modular meteorological station for the integration and protection of sensor nodes intended for monitoring environmental variables in the Baños de Agua Santa canton. Faced with operational issues caused by severe climate conditions such as high humidity (87-91%), frequent rainfall reaching 2,755 mm/year, and eventual volcanic ash falls from the Tungurahua volcano, the objective focused on materializing a physical structure that acts as a protective shield for low-cost sensors. Methodologically, a mixed approach with qualitative predominance and a projectapplied orientation was adopted. An analytical-synthetic process was executed, comprising the contextual characterization of the territory, the three-dimensional measurement of the electronic components (DHT22, MQ-135, and GPS sensors, among others), and semi-structured interviews conducted with ten experts from the industrial design and telecommunications fields. As a main result, the systemic and volumetric configuration of a micro-station was developed, dividing it into distinct functional blocks or chunks (designated as Gateway, Urban, and Mirador modules). These subsystems were manufactured via 3D printing using Acrylonitrile Styrene Acrylate (ASA) filament, strategically selected through Ashby's methodology due to its high resistance to UV radiation and weathering. Finally, the prototype's relevance was validated through expert judgment, achieving high approval ratings in criteria such as hydraulic runoff, passive ventilation, modularity, and manufacturing viability, demonstrating the effectiveness of industrial design morphological solutions in safeguarding local technological hardware exposed to aggressive Andean microclimates.

Description

El presente trabajo de titulación se enmarca dentro del diseño de una estación meteorológica modular para la integración y el resguardo de nodos sensores, cuyo objetivo es monitorear las variables ambientales de la localidad de Baños de Agua Santa. Ante los problemas de funcionamiento de estos nodos provocados por los severos factores climáticos de gran humedad (87-91%), las frecuentes lluvias de hasta 2.755 mm/año y la caída de ceniza del volcán Tungurahua en el exterior, el propósito fue materializar una estructura física que actuara como escudo protector para los sensores de bajo costo. De manera metodológica se implementó un enfoque mixto de predominancia cualitativa y con una orientación proyectual-aplicada. Se escribió un análisis analítico-sintético que incluyó la caracterización contextual del territorio, el levantamiento tridimensional de los componentes electrónicos (sensores DHT22, MQ- 135, GPS, etc) y la realización de entrevistas semiestructuradas a diez expertos en total de las áreas de diseño industrial y telecomunicaciones. Como resultado principal, se desarrolló la configuración sistémica y volumétrica de una micro estación, dividiéndola en bloques funcionales diferenciados o chunks (donde se nombraron los módulos Gateway, Urbano y Mirador) y cuya fabricación para la generación de prototipos fue a través de impresoras 3D con filamento de Acrilonitrilo Estireno Acrilato (ASA) para ejecutar la elección estratégica de los materiales siguiendo la metodología de Ashby, en función de sus altas prestaciones de resistencia a la radiación UV y a la intemperie. En último lugar, la pertinencia del prototipo fue validada por el juicio de expertos, obteniéndose una alta consideración por parte de los criterios de escurrimiento hidráulico, ventilación pasiva, modularidad y viabilidad constructiva, evidenciando la eficacia de las soluciones morfológicas propias del diseño industrial para resguardar hardware tecnológico local expuesto a la agresividad de microclimas andinos.

Keywords

DISEÑO Y ARQUITECTURA, DISEÑO INDUSTRIAL, DISEÑO DE UNA ESTACIÓN MODULAR, ESTACIÓN MODULAR METEOROLÓGICA, INTEGRACIÓN, PROTECCIÓN DE NODOS, Y PROTECCIÓN DE NODOS SENSORES, MONITOREO DE VARIABLES AMBIENTALES, MONITOREO DE VARIABLES, ESTACIÓN METEOROLÓGICA, MONITOREO AMBIENTAL, MODULARIDAD, PROTECCIÓN CLIMÁTICA

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