Sistema de prevención y alertamiento de desbordamiento para canales y ríos.

Sensor nivel desbordamiento

El desarrollo urbano altera de manera importante la hidrología de las cuencas donde se origina. En particular, se modifican la red de drenaje y el proceso de transformación lluvia-desagüe. Como consecuencia de la actividad urbanizadora, los cauces naturales que conforman la red hidrográfica original deben ser conservados y adecuados a las nuevas condiciones, esto para que no afecte de forma directa a su capacidad de desagüe y por tanto no se propicie la existencia de inundaciones (CAMPOS,2010)

A pesar de los esfuerzos y trabajos por desazolve y limpieza de canales de desfogue pluvial, los cuales resultan necesarios y suficientes para prevenir siniestros relacionados con el aumento en el cauce de ríos y canales, no siempre son eficaces, mas aun si se presentan lluvias atípicas.

Es por ello que proponemos una solución eficaz a través del monitoreo y alerta del nivel de agua en tiempo real en canales de desfogue pluvial, dicho sea, que, para realizarse, es necesaria su adaptación a lo largo de una longitud considerable en el afluente, lo que se traduce en la toma de muestras para su procesamiento, en distintos tiempos.

En las últimas semanas la zona de La Cantera en el municipio de Tepic, Nayarit, se vio afectada por las consecuencias debidas a la falta de mantenimiento y desazolve de un canal de desfogue en las cercanías a la zona residencial en dicha locación, teniendo un impacto fuerte para 300 familias, algunas de ellas, perdiendo la totalidad de su patrimonio

Este acontecimiento no es un caso aislado, pues podemos destacar los fenómenos similares ocurridos en los ultimos años:

Tabla de siniestros

Tabla de siniestros


Como parte de las actividades del C.R.E.S.E.P. México MakersLab, el Club de Robótica Estudiantil, Sistemas Embebidos y Programación, ha decidido hacer frente a esta problemática, desarrollando un proyecto multidisciplinario en una jornada de 24 horas, con el objetivo de realizar un sistema de prevención y alertamiento de desbordamiento para canales y ríos. Para el cual, pensado en la adaptabilidad a distintos afluentes, dígase canales, ríos, o asentamientos acuáticos, resulta indispensable el monitoreo de las siguientes variables:

  • Nivel de agua y caudal del afluente.
  • Precipitación (presencia de lluvia).

Siguiendo la siguiente lógica de procesos:

tabla2

Lo cual se puede discernir, diciendo que las alertas son enviadas a los usuarios cuyos datos son almacenados en una base de datos, basada en MySQL, la cual realiza la generación de la conexión a un sitio WEB en la nube, esto para que pueda ser consultado desde cualquier dispositivo, que establezca el protocolo de conexión. Los datos recogidos por los sensores son enviados a la plataforma de procesamiento Raspberry Pi, la cual, establece una comunicación con tarjetas de desarrollo Arduino UNO, que fungen como nodos de transmisión de información de las redes de sensores dispuestas a lo largo del afluente.


El procesamiento de los datos monitoreados anteriormente, consiste en determinar la intensidad del afluente, así como la rapidez del crecimiento del caudal de agua, con el objetivo de definir un punto de quiebre en el sistema para la activación de alarmas, que como primer elemento trata acerca de una alarma acústica y visual en las inmediaciones del caudal, siendo una segunda etapa o elemento, el alertamiento a distancia a los usuarios dentro de una base de datos, correspondientes a las personas cuyo patrimonio se encuentra comprometido con el desborde de alguno de los caudales tratados.

Lo anterior se define a partir del concepto de la intensidad de caudal instantánea y la intensidad de caudal promedio, dadas respectivamente por:

ecuación de intensidad de caudal

Las condiciones anteriores están precedidas de una estructura de control de lazo cerrado que describe la relación del flujo de entrada en un punto, y el flujo de salida en un punto de un recipiente, de tal manera que se determinan funciones dependientes del volumen variable en la entrada y salida del sistema. Así entonces:

ecuacion de volumen

En donde el comportamiento volumétrico obedece a la relación integral siguiente:

integral multivariable

Sin embargo, el cómputo de la ecuación anterior resulta de un análisis multi-variable, representando un tiempo de procesamiento acumulable, generando un retraso en la respuesta instantánea del sistema. Es por ello que se adopta la generación de casos en una tabla de verdad, incorporando cada una de las etapas sensadas, considerando los casos irrelevantes.

Se definen el nivel de agua promedio en el caudal, como la diferencia de dos lecturas tomadas en instantes distintos de tiempo (N.A.P), la precipitación como la presencia de lluvia, el nivel crítico, como punto de ruptura, y el nivel bajo para el mínimo consumo de corriente sometiendo al sistema en un estado ocioso.


Los resultados obtenidos en la jornada de 24 hrs. por parte de los participantes del MakerLab, permiten determinar que el principio de funcionamiento, así como la interpretación del modelo matemático que describe al fenómeno del aumento del nivel de agua, funcionan y son viables para su implementación, teniendo como resultado, el desarrollo de un prototipo primario que consiste en la disposición de una red de sensores, conectados a un nodo, y enlazados a una central de procesamiento, la cual alerta mediante un mensaje en una página WEB, el inminente desborde del afluente.

Es importante definir que el desarrollo de éste prototipo, será complementado en sesiones posteriores, ya que algunas ideas de arranque resultaron inviables, forzando a replantear algunas etapas al equipo desarrollador. Es por ello que la liberación de los esquemas, diagramas, códigos fuente y listas de materiales se realizará en semanas posteriores a ésta publicación, con el objetivo de poner al alcance una ficha técnica que reúna las características previamente mencionadas.

FUENTES DE CONSULTA:

INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGÍA URBANA; DANIEL FRANCISCO CAMPOS ARANDA; Profesor Jubilado de la UASLP

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About Edson Aldair Pérez Hernández

Fundador del Club de Robótica Estudiantil, Sistemas Embebidos y Programación (CRESEP). Estudiante de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Instituto Politécnico Nacional.

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Autor: Edson Aldair Pérez Hernández

Fundador del Club de Robótica Estudiantil, Sistemas Embebidos y Programación (CRESEP). Estudiante de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Instituto Politécnico Nacional.