Control de Bomba - Nodo Node-RED

Nodo custom de Node-RED que controla una bomba de agua potable basándose en análisis de variaciones de presión. Corre en una Raspberry Pi y decide cuándo encender/apagar la bomba sin usar umbrales absolutos de presión.

Arquitectura

Sensor de presión (polling cada 3s) → Node-RED → controlBomba (este nodo) → Relé bomba

• Raspberry Pi: 192.168.55.5, usuario pi
• Node-RED: servicio systemd nodered
• Nodo instalado via symlink: /usr/lib/node_modules/node-red-contrib-controlbomba → /home/pi/controlbomba
• Repositorio en Pi: /home/pi/controlbomba (es el mismo directorio que usa Node-RED)

Operaciones contra la Raspberry Pi

Desplegar cambios

scp controlBomba.js pi@192.168.55.5:/home/pi/controlbomba/controlBomba.js
ssh pi@192.168.55.5 "sudo systemctl restart nodered"

Activar monitoreo (logging a CSV)

ssh pi@192.168.55.5 "echo 'etiqueta_descriptiva' > /home/pi/controlbomba/etiqueta.txt"

Desactivar monitoreo

ssh pi@192.168.55.5 "rm /home/pi/controlbomba/etiqueta.txt"

Override manual de bomba (solo funciona con monitoreo activo)

ssh pi@192.168.55.5 "echo 'on' > /home/pi/controlbomba/bomba_override.txt"   # forzar ON
ssh pi@192.168.55.5 "echo 'off' > /home/pi/controlbomba/bomba_override.txt"  # forzar OFF
ssh pi@192.168.55.5 "rm /home/pi/controlbomba/bomba_override.txt"            # liberar control

Leer logs

ssh pi@192.168.55.5 "tail -20 /home/pi/controlbomba/logs/monitor_$(date +%Y-%m-%d).csv"

Descargar logs para análisis local

scp pi@192.168.55.5:/home/pi/controlbomba/logs/monitor_*.csv ./logs/

Formato del CSV de monitoreo

timestamp,presion,delta_presion,intervalo_ms,bomba,estadoProceso,tiempoEncendido,etiqueta,lectura_valida

• presion: lectura en bar del sensor
• delta_presion: diferencia con la lectura anterior
• intervalo_ms: milisegundos desde la lectura anterior
• bomba: true/false
• estadoProceso: fase:mensaje (ej: PUMPING:Bomba encendida; consumo activo)
• tiempoEncendido: ms acumulados con bomba encendida en el ciclo actual

Lógica del algoritmo

Principio fundamental

No usa umbrales absolutos de presión. Las variaciones de voltaje desplazan toda la escala del sensor, haciendo que umbrales fijos causen falsos positivos/negativos. En su lugar, todas las decisiones se basan en variaciones relativas.

Máquina de estados

IDLE ──→ PUMPING ──→ IDLE (cuando consumo cesa)
                 ──→ COOLDOWN (si excede 1 hora)

Estado IDLE (bomba apagada)

Detección de consumo por tres vías:

1. Caída catastrófica: delta individual < -0.40 bar → encendido inmediato
2. Caída sostenida: 5 lecturas consecutivas con delta < -0.04 → encendido (~15s)
3. Sistema drenado: presión bajo 0.5 bar por 5 lecturas → encendido (red de seguridad)

Protección post-apagado:

• 10 lecturas de gracia (~30s) después de apagar donde se ignoran caídas normales de despresurización
• Solo caídas catastróficas (< -0.40) rompen la gracia

Estado PUMPING (bomba encendida)

Detección de fin de consumo (sin apagar la bomba para "testear"):

1. Por nivel alto (transición): presión sube > 0.15 bar sobre el mínimo reciente de la ventana extendida (30 lecturas) Y varianza baja por 8 lecturas consecutivas
2. Por estabilidad prolongada: varianza < 0.002 por 30 lecturas consecutivas (~90s)

Fases internas:

• Primeros 30s: "estabilizando" (no evalúa apagado, no acumula ventana extendida)
• Siguientes 30s: "acumulando datos" (llena ventana extendida)
• Después: "consumo activo" (evalúa condiciones de apagado)

Estado COOLDOWN (apagado forzado)

Se activa si tiempoEncendido >= 3600000 (1 hora). Requiere reset manual desde la UI (msg.payload.reset = true).

Watchdog de comunicación

Timer independiente de 2 minutos. Si no llega ningún mensaje del sensor, apaga la bomba por seguridad.

Hallazgos del monitoreo (2026-05-17)

Datos del sensor

| Condición | Presión avg | Rango | Stddev | |Delta| avg | |-----------|-------------|-------|--------|------------| | Reposo bomba ON | 3.03 | 2.89-3.10 | 0.045 | 0.028 | | Reposo bomba OFF | 2.99 | 2.93-3.06 | 0.033 | 0.019 | | Consumo alto bomba ON | 2.17 | 1.98-3.09 | 0.327 | 0.033 | | Consumo bajo bomba ON | 2.91 | 2.80-3.09 | 0.073 | 0.022 | | Consumo alto bomba OFF | 0.40 | 0.06-3.00 | 0.812 | 0.071 | | Consumo bajo bomba OFF | 0.55 | 0.09-3.08 | 0.985 | 0.065 |

Comportamiento clave observado

• El ruido del sensor tiene stddev ~0.036 con máximo 2 deltas consecutivos > 0.03 en reposo
• En horario nocturno las oscilaciones aumentan a ±0.07 (posible variación de voltaje)
• El tanque de presión mantiene presión estable hasta agotarse, luego colapsa abruptamente
• Sin bomba, incluso consumo bajo drena el sistema a ~0 bar en 3 minutos
• Después de apagar la bomba, la presión cae naturalmente ~0.10-0.15 bar en 10-15 segundos (despresurización normal, no consumo)
• Con consumo bajo y bomba ON, la presión oscila entre 2.82-2.93 (rango 0.11)
• Sin consumo y bomba ON, la presión se estabiliza en ~3.0-3.1 (rango 0.09)

Problemas encontrados y resueltos

1. Umbrales absolutos: fallan completamente con drift de voltaje → reemplazados por detección relativa
2. Probe (apagar para testear): causa colapso de presión durante consumo → eliminado, reemplazado por detección de nivel alto + estabilidad
3. EMA lenta para detectar estabilidad: tarda 90+ segundos en converger → reemplazada por varianza directa
4. Backoff en primer probe: retrasaba apagado innecesariamente → eliminado junto con probes
5. Cycling post-apagado: despresurización natural dispara falso positivo → gracia de 30s
6. Sistema drenado: algoritmo relativo no detecta presión en piso → piso de emergencia < 0.5 bar
7. Oscilaciones nocturnas: 3 lecturas consecutivas insuficiente → subido a 5 lecturas
8. ventanaExtendida incluía recuperación: mínimo artificialmente bajo → solo acumula después de estabilización

Parámetros actuales (configNodo)

{
    umbralDelta: -0.04,           // delta que indica caída real
    lecturasParaConsumo: 5,       // lecturas consecutivas para confirmar consumo
    deltaCatastrofico: -0.40,     // caída única que enciende inmediatamente
    graciaPostApagado: 10,        // lecturas de gracia post-apagado (~30s)
    pisoEmergencia: 0.5,          // presión mínima absoluta (red de seguridad)
    lecturasPiso: 5,              // lecturas bajo piso para encender

    tiempoMinimoBomba: 30000,     // 30s mínimo antes de evaluar apagado
    umbralNivelAlto: 0.15,        // gap presión vs mínimo reciente para declarar sin consumo
    varianzaEstable: 0.002,       // varianza que indica estabilidad
    lecturasEstables: 8,          // lecturas estables para apagar por nivel
    lecturasEstabilidadProlongada: 30, // lecturas estables para apagar por tiempo (~90s)
    ventanaSize: 10,              // ventana para cálculo de varianza
    ventanaExtendidaSize: 30,     // ventana para tracking de mínimo reciente

    tiempoMaximoBomba: 3600000,   // 1 hora máximo continuo → COOLDOWN
    nanMaxConsecutivos: 5,        // NaN antes de apagar por seguridad
    timeoutComunicacion: 120000   // 2 min sin mensajes → apagar
}

Interfaz del nodo

Entrada (msg.payload)

• presion: float, lectura del sensor en bar
• automatico: bool, modo automático activo
• manual: bool, forzar bomba encendida
• reset: bool, resetear estado completo (sale de COOLDOWN)

Salida (msg.payload.estado)

• bomba: bool, estado actual de la bomba
• fase: string, IDLE/PUMPING/COOLDOWN
• tiempoEncendido: int, ms acumulados en ciclo actual
• excedido: bool, flag de COOLDOWN activo
• estadoProceso: string, descripción legible del estado

Cómo continuar el afinado

1. Activar monitoreo con etiqueta descriptiva
2. Dejar correr en condiciones reales por 30+ minutos
3. Descargar CSV y analizar transiciones
4. Buscar: falsos encendidos (IDLE→PUMPING sin consumo real), apagados tardíos (PUMPING prolongado sin consumo), cycling (ON/OFF repetido en <5 min)
5. Ajustar parámetros en configNodo según hallazgos
6. Desplegar y repetir

Análisis rápido de transiciones

ssh pi@192.168.55.5 "grep 'ETIQUETA' /home/pi/controlbomba/logs/monitor_*.csv | awk -F',' '{print \$5}' | uniq -c"

Resultado ideal: bloques largos de true y false alternados, sin bloques cortos (<5 lecturas) que indiquen cycling.

Gráfico ASCII de presión y estado

ssh pi@192.168.55.5 "cat /home/pi/controlbomba/logs/monitor_*.csv" | bash graficar.sh "" 100

• Primer argumento: etiqueta a filtrar (vacío = todo)
• Segundo argumento: últimas N lecturas a mostrar (default 60)
• ░ = bomba OFF, █ = bomba ON, >> = transición