Diseño e implementación de un módulo de instrumentación para un sensor de amonio

Abstract

Se desarrolló una primer prototipo de un módulo de medición portátil para detectar la concentración de iones amonio (NH₄⁺) en agua mediante cambios de impedancia. El sistema final fue encapsulado en una estructura impresa en 3D, obteniendo un instrumento funcional de medición.

El módulo está compuesto por distintos submódulos electrónicos de uso común, como convertidores de potencia, un generador de señal, un amplificador operacional, una pantalla OLED y una tarjeta ESP32, junto con un circuito medidor de impedancia basado en la técnica Auto Balancing Bridge (ABB). Su desarrollo se llevó a cabo mediante dos enfoques: el diseño e implementación del sistema electrónico y la programación del ESP32, así como el diseño y fabricación del encapsulado mediante herramientas CAD e impresión 3D.

El sistema convierte la variable físico-química en una señal eléctrica, la cual es acondicionada por el circuito de impedancia y posteriormente procesada por el ESP32. La detección de NH₄⁺ se realiza a partir de la variación en la amplitud de la señal eléctrica en comparación con una condición de referencia.

Este desarrollo dio como resultado un sistema compacto, escalable y alineado con los principios de la instrumentación inteligente y la Industria 4.0. Además, permitió integrar conocimientos de diversas áreas de la ingeniería, y se propone como una referencia introductoria para el diseño de instrumentos basados en tecnologías IoT.