Automatización de la mediación y monitoreo en tiempo real, basado en IoT, de un aforador de garganta larga

Abstract

La medición en corrientes de flujo a superficie libre es esencial para la gestión eficiente del recurso hídrico, la cual debe ser lo más exacta. Con el avance en la instrumentación electrónica y tecnología de sensores se han desarrollado sistemas más precisos y eficientes. Este trabajo presenta el diseño, desarrollo y validación de un sistema automatizado de medición y monitoreo en tiempo real, basado en tecnología IoT (Internet de las Cosas), aplicado a un aforador de garganta larga modificado para flujo con sedimentos, ubicado en el Laboratorio de Hidráulica de la Universidad Autónoma Chapingo. El sistema integra tres sensores ultrasónicos HC-SR04 para medir la profundidad hidráulica, un sensor DHT22 para temperatura y humedad relativa, un módulo RTC, un lector microSD y un microcontrolador ESP32 con conectividad WiFi y Bluetooth. Los datos se procesan, almacenan en una microSD, se visualizan en una pantalla OLED y se transmiten cada 15 segundos a la plataforma ThingSpeak, además de poder descargarse localmente vía Bluetooth. La alimentación proviene de una batería ácido-plomo recargable mediante un panel solar. Se determinaron ecuaciones experimentales para el aforador en régimen subcrítico y supercrítico, obteniendo coeficientes de determinación (R²) superiores a 0.99. La validación se realizó comparando las mediciones del sistema con mediciones manuales (limnímetros) y un vertedor triangular como patrón de caudal, y como resultado se alcanzaron errores MAPE de 4.35% en profundidad, 5.44% en caudal respecto a limnímetros y 2.17% respecto al vertedor, cumpliendo con la norma NMX-AA-179-SCFI-2018. El sistema demostró precisión y robustez, siendo una alternativa técnica y económica viable para la medición, procesamiento y almacenamiento de datos hidráulicos. Su operación automática y su capacidad de monitoreo remoto permiten generar hidrogramas en tiempo real y ayudar en la toma de decisiones en la gestión del agua, contribuyendo a la modernización de la infraestructura hidráulica.