Estación hidrometereológica y calidad de agua automática en la cuenca del río Ucayali

Ministerio de Agricultura y Riego

Propuesta de implementación de estaciones hidrométricas

La implementación de este sistema automático de medición de niveles hidrométricos de la cuenca del río Ucayali, permitirá registrar en tiempo real la variación del nivel del río y el caudal en diferentes puntos. Habiéndose iniciado el piloto en la estación LPO, como se observa en el grafico siguiente. 

Autoridad Nacional del Agua 

Pucallpa - Instalación del piloto

Proyecto en la cuenca del río Ucayali
Componentes de medición

Componentes del equipo de medición


El sistema de medición hidrométrica estará conformado por lo siguiente:

· controlador lógico programable (PLC) con comunicación de red y/o GPRS (red celular) a batería y alterno a red de energía directa.

· sensor piezómetro (mide columna de agua de lecho río al espejo de agua).

· sistema de alimentación de energía tipo panel solar.


 

Controlador lógico programable (PLC) basado en Arduino

Este es el primer equipo basado en la tecnología de Arduino diseñado para uso profesional.

El PLC consta de 17 entradas / salidas.  También contiene varios puertos de comunicación que proporcionan mayor flexibilidad y control.

La familia M-DUINO ofrece la posibilidad de expandir hasta 127 módulos a través de I2C, lo que significa que puede tener hasta 7100 Entradas / Salidas en conexiones Maestro-Esclavo, además de sensores, etc...

M-Duino 19R - PLC Industrial basado en Arduino

Sensor piezométrico

Características:

Rango de medición: 0 – 10 metros

Fuente de alimentación 12-24v

Comunicación RS-485 MODBUS RTU

Protección IP68

Sensor piezométrico

Funcionamiento y operación  

El Sistema funciona mediante un sensor piezómetro que obtendrá los niveles del rio en tiempo real, el cual será registrado por un controlador Lógico Programable (PLC) enviando la señal vía internet (red celular) a un aplicativo web, para las consultas de la información. La alimentación de energía es mediante un sistema de panel solar.

La arquitectura informática permite una comunicación inalámbrica confiable y segura, que permitirá que el monitoreo del sensor en tiempo real modifique la frecuencia de envió de la información hacia la red de internet (por defecto la frecuencia de envió es de 1 minuto); una vez enviada la información a un hosting alojado en internet, se almacena en una base de datos.  

El hardware y software a utilizar se componen de un sistema de control de niveles de código y hardware libre, por lo cual no se realizará ningún pago por los derechos de uso de la tecnología a utilizar.

Funcionamiento y operación

MQTT

MQTT Es un protocolo de comunicación M2M (machine-to-machine) de tipo message queue, se ha convertido en uno de los principales pilares del IoT por su sencillez y ligereza, dado que los dispositivos de IoT, a menudo, tienen limitaciones de potencia, consumo, y ancho de banda.
MQTT MySQL

Simulación gráfica de niveles piezométricos 

Simulación gráfica de niveles piezométricos
Simulación gráfica de niveles piezométricos

Proceso de recepción de información  

La recepción de información en el controlador Lógico Programable (PLC) se efectúa enviando la señal vía internet (red celular) a un APLICATIVO de información directa en tiempo real.

Se prevé una restricción en su uso, debido a que sólo se podrá recepcionar  información con el servicio de red de internet (celular). Caso contrario se podrá subsanar utilizando con un sistema de comunicación satelital. 

 

 

Proceso de recepción de información
Proceso de recepción de información
Proceso de recepción de información

Proceso de instalación en campo 

El 13 de Mayo del 2,020 se realizó la prueba del equipo de medición hidrométrica construida por la AAA-Ucayali lográndose buenos resultados y la emisión de la señal vía celular de los niveles simulados del río Ucayali.

La prueba se realizó en las instalaciones de la Marina de Guerra del Perú (Puerto de la Capitanía de Pucallpa).

Posteriormente se instaló el equipo en la empresa LPO donde actualmente está en prueba, recepcionando la información a partir de un caudal base aforado de 4,358.8 M3/s (03 de Junio del 2020). 

Proceso de instalación en campo
Proceso de instalación en campo
Proceso de instalación en campo
Proceso de instalación en campo
Proceso de instalación en campo
Proceso de instalación en campo
Proceso de instalación en campo
Proceso de instalación en campo
Proceso de instalación en campo

Proceso de aforo del río Ucayali y calibración

Proceso de aforo del río Ucayali y calibración


Proceso de aforo del río Ucayali y calibración


Proceso de aforo del río Ucayali y calibración


Proceso de aforo del río Ucayali y calibración


Proceso de aforo del río Ucayali y calibración


Proceso de aforo del río Ucayali y calibración


Comparativo: data de aforo y sensor de caudal 

 Comparativo: datos de aforo y sensor de caudal - río Uyacali

Comparativo: data de aforo y sensor de caudal

Proyección de estudios a realizar con la implementación del Proyecto 

La implementación del equipo de medición hidrométrica nos permitirá contar con información de caudales a nivel horario, valores de las grandes cuencas del Amazonas como la del río Ucayali a similitud de la estación de Requena gracias a las últimas misiones llevadas a cabo por el Proyecto HYBAM (Convenio IRD/SENAMHI/UNALM, www.mpl.ird.fr/hybam), información analizada por el SENAMHI Perú y documentado recientemente por Espinoza Villar et al. (2009) y el último estudio realizado por la UNESCO (2006) que permitió llevar a cabo este estudio. 

La falta de datos de escorrentía en la subcuenca de la cuenca del río Ucayali (232 744.6 km2) hace necesario ejecutar la propuesta de proyecto, en referencia a que sólo se cuenta con una estaciones de drenaje para toda esta extensa área.

Concretar un plan de estudios de modelos hidrológicos en base a investigaciones realizadas en la cuenca del Amazonas y el Ucayali. 

Reportes hidrométricos de la cuenca del río Ucayali de la AAA- Ucayali (ANA) entidad acreditada y autorizada al reporte de información a nivel regional y local.

La puesta en marcha de un PILOTO de este equipo permitirá la AUTOGESTIÓN en su instalación, operación, mantenimiento y monitoreo, que declinará los costos en referencia su implementación y permitirá el ahorro de recursos humanos.

Complementarán con las necesidades de esta AAA – Ucayali en lo referente a:

Derechos de uso de agua a nivel multisectorial, delimitación de fajas marginales, ejecución de obras hidráulicas, detección de alertas tempranas, campañas de aforos para determinar las curvas de gastos Q-H de máximas avenidas y mínimas en épocas de sequía, estudios y planeamiento de los consejos de recursos hídricos de cuenca, GETRAM (Grupo especializado de trabajo multisectorial – Ucayali). GESTION INTEGRAL DE RECURSOS HÍDRICOS

Monitoreo de la calidad del agua superficial en tiempo real

Monitoreo de la calidad del agua superficial en tiempo real 

Registro automatizado de los datos diaria u horaria.

Parámetros evaluados:

temperatura, CE, O2 disuelto, y pH.

Sensores individuales acopladas permanentemente en la estación hidrométrica.

Costo de los sensores aprox. S/. 8,000 soles.

Certificado de calibración de 01 año acreditado por INACAL.

Información recabada cada hora por año.

Monitoreo de la calidad del agua superficial en tiempo real

Registro de los parámetros de calidad de agua automatizada 

Registro automatizado de los datos diaria u horaria.

Parámetros evaluados:

temperatura, CE, O2 disuelto, y pH.

Sensores individuales acopladas permanentemente en la estación hidrométrica.

Costo de los sensores aprox. S/. 8,000 soles.

Certificado de calibración de 01 año acreditado por INACAL.

Información recabada cada hora por año.

Registro de los parámetros de calidad de agua automatizada

Descargue la historia de éxito con el Gobierno de Perú y ANA 

PLC Arduino 19 R para soluciones de monitorización