Caso de éxito · AAA Ucayali, Perú
El río Ucayali, minuto a minuto. Un M-Duino 19R envía el nivel.
Sensor de nivel, red celular, MQTT y una web. Con energía solar.
Una sola estación de drenaje para 232.744,6 km² no basta.
La estación envía su nivel cada minuto.
La Autoridad Administrativa del Agua IX Ucayali (AAA Ucayali), de la Autoridad Nacional del Agua (ANA) del Perú, construyó una estación hidrométrica con un PLC de Industrial Shields. Un sensor piezométrico mide el río. El PLC envía los datos por la red celular a una web, y un panel solar alimenta la estación. El piloto está en Pucallpa, junto al río Ucayali. En pocas palabras: el nivel y el caudal del río llegan a una pantalla casi en tiempo real.
En campo
La estación, su armario y sus datos.
Material real del caso original: la estación en su sitio, el interior del armario, la web con lecturas reales y la instalación en el río.
El reto
Una cuenca enorme. Casi sin datos de caudal.
La subcuenca del Ucayali tiene 232.744,6 km², y según el caso cuenta con una sola estación de drenaje. La AAA Ucayali necesitaba un sistema automático que registrara el nivel y el caudal del río a nivel horario. Este es el encargo del caso.
Caudal horario
Valores de caudal a nivel horario para una gran cuenca amazónica, a semejanza de la estación de Requena.
Tiempo real
Registrar la variación del nivel y del caudal del río en diferentes puntos, en el momento.
Sin red eléctrica
Un panel solar y una batería alimentan la estación. La red eléctrica es una alternativa donde la hay.
En manos del equipo
El piloto permite a la AAA Ucayali instalar, operar, mantener y monitorizar la estación por sí misma.
Construida por la AAA Ucayali
La AAA Ucayali construyó el equipo de medición. Los datos apoyan su trabajo en derechos de uso de agua, fajas marginales, obras hidráulicas, alertas tempranas, campañas de aforo para las curvas Q-H de avenidas y sequías, y planificación de la cuenca con el GETRAM, el grupo de trabajo multisectorial de Ucayali.
Cómo funciona
Tres bucles: medir, convertir, seguir.
La estación mide el nivel y lo envía, el sistema convierte el nivel en caudal, y el enlace tiene que aguantar en un sitio remoto. Los valores de los paneles son reales donde se indica. El comportamiento es una simulación ilustrativa.
Del lecho del río a la pantalla del móvil
Un sensor piezométrico mide la columna de agua desde el lecho del río hasta el espejo de agua, de 0 a 10 m. El PLC lo lee por RS-485 con Modbus RTU y envía los datos por la red celular. En las figuras del caso, un broker MQTT (EMQ) recibe los mensajes, un cliente MQTT en Node.js los escribe en MySQL y una web los muestra en el ordenador o en el móvil. El intervalo de envío por defecto es de 1 minuto, y se puede cambiar.
- Sensor piezométrico: 0 a 10 m, 12 a 24 V, IP68
- RS-485 con Modbus RTU hasta el PLC
- MQTT por la red celular, cada minuto por defecto
- Base de datos MySQL y una web con gráficos
1440 mensajes al día
Valores reales de las capturas de la web del 8 de junio de 2020. El minuto por defecto es del caso. La animación es ilustrativa.
Un nivel se convierte en caudal con una curva de calibración.
En el caso, el caudal sale del nivel con una curva de calibración Q = a·H^b. La curva viene de campañas de aforo en el río. El caso publica la curva de Pucallpa, Q = 1E-71 · H^34,7575, con los aforos de 2018 y 2019. Con esta curva, 141,9772 m s. n. m. dan 6.393,5 m³/s: la misma pareja que muestra la web el 8 de junio de 2020.
- Aforo con un ADCP M9, 16 de junio de 2020: 5.122,84 m³/s
- Distancia de la sección 671,404 m, área 5.212,816 m², profundidad máxima 20,642 m
- Línea de alerta en el gráfico de nivel: 146,5 m s. n. m.
Curva y línea de alerta del caso. El panel solo muestra cómo un nivel se convierte en caudal. El caso no publica dónde se calcula la curva: en el PLC o en el servidor.
El sol para la energía. Una antena celular para los datos.
Un panel solar, un controlador de carga y una batería libre de mantenimiento alimentan la estación. La web muestra la tensión de la batería. El caso también señala un límite: los datos solo llegan a la web con servicio celular. Donde no hay cobertura, un enlace satelital puede ser la solución. El panel muestra una forma habitual de conservar las lecturas durante un corte.
- Panel solar, controlador de carga y batería
- Tensión de batería en la web: 12,18 V
- Sin cobertura: enlace satelital como alternativa
Batería (web, 8 de junio de 2020)12,18 V
Ilustrativo. El caso dice que los datos solo llegan con servicio celular y que un enlace satelital puede ser la alternativa. No publica un búfer local. Store and forward (guardar y reenviar) es una forma habitual de hacerlo.
Prueba la pérdida de enlace en el simulador de telemetría remota
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Arquitectura del sistema
¿Cómo informa un M-Duino 19R del estado de un río desde un muelle?
Un cable de sensor baja hasta el lecho del río. Un PLC lo lee y envía los datos por la red celular. El resto funciona en servidores: un broker MQTT, un cliente en Node.js, una base de datos MySQL y una web. El caso no publica las interfaces de los sensores meteorológicos ni de calidad del agua.
| Flujo | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Nivel del río | EntreSensor piezométrico → M-Duino 19R | TipoRS-485 Modbus RTU | FunciónColumna de agua desde el lecho hasta el espejo de agua, de 0 a 10 m |
| Meteorología | EntreSensores → estación | TipoNo publicado | FunciónTemperatura, humedad y presión atmosférica en la web |
| Calidad del agua | EntreSensores → estación | TipoNo publicado | FunciónTemperatura, CE, oxígeno disuelto y pH, registros diarios y horarios |
| Energía | EntrePanel solar, controlador, batería → M-Duino 19R | TipoAlimentación DC | FunciónHace funcionar la estación en el sitio. Red eléctrica como alternativa |
| Salida de datos | EntreM-Duino 19R → broker MQTT (EMQ) | TipoMQTT por red celular | FunciónEnvía las lecturas, cada minuto por defecto |
| Almacenamiento | EntreCliente MQTT Node.js → MySQL | TipoSQL INSERT | FunciónEscribe cada mensaje en la base de datos según su topic |
| Datos web | EntreMySQL → web | TipoNo publicado | FunciónNivel, caudal, meteorología y batería en el ordenador o el móvil |
| Intervalo de envío | EntreOperador → M-Duino 19R | TipoNo publicado | FunciónCambia cada cuánto envía los datos la estación |
Por qué funciona
Por qué el M-Duino 19R encaja en esta estación.
Abierto y sin licencias
El caso usa hardware y software libres. No se paga por el derecho de uso de la tecnología. El PLC se programa con el Arduino IDE.
Margen para crecer
El caso valora una solución modular: las prestaciones se pueden ampliar en el futuro. La familia M-Duino se amplía hasta 127 módulos por I2C, hasta 7.100 entradas y salidas en conexiones maestro y esclavo.
Hardware industrial para un sitio remoto
Un PLC para carril DIN diseñado y fabricado para uso industrial, con RS-485 para el sensor de nivel, un módulo celular para los datos y alimentación de 12 a 24 Vdc.
Hardware utilizado
Un M-Duino 19R lee el nivel y envía los datos.
M-Duino Ethernet PLC Arduino 19R
Un PLC industrial con un Arduino Mega 2560 original, 17 entradas y salidas, Ethernet, RS-485 y RS-232, para carril DIN. En esta estación lee el sensor piezométrico por Modbus RTU y envía los datos por la red celular.
- Entradas
- 6: 4 analógicas/digitales (0-10 V), 2 digitales optoaisladas con interrupción
- Salidas
- 11: 8 relés, 3 analógicas/digitales/PWM (0-10 V)
- Comunicaciones
- Ethernet (RJ45), RS-485, RS-232, TTL, I2C, SPI
- Integrado
- Reloj de tiempo real, ranura microSD
- Alimentación
- De 12 a 24 Vdc
- Montaje
- Carril DIN TS35, IP20
El caso es de 2020 y usa un M-Duino 19R con módulo celular: la etiqueta del PLC dice GPRS/GSM Controller 19R. La misma ficha de producto vende ahora su versión actual, el M-Duino 19R+. Las versiones GPRS/GSM están en la ficha técnica de la familia M-Duino GPRS.
Preguntas sobre este caso
¿Quién construyó esta estación hidrométrica?
La Autoridad Administrativa del Agua IX Ucayali (AAA Ucayali), de la Autoridad Nacional del Agua (ANA) del Perú. La AAA Ucayali construyó el equipo con un PLC de Industrial Shields. Lo probó el 13 de mayo de 2020 en las instalaciones de la Marina de Guerra del Perú (Capitanía de Puerto de Pucallpa), enviando niveles simulados del río por la red celular. Después instaló la estación en la empresa LPO para probarla, con un caudal base de 4.358,8 m³/s el 3 de junio de 2020.
¿Cómo mide la estación el nivel del río?
Con un sensor piezométrico. Mide la columna de agua desde el lecho del río hasta el espejo de agua, de 0 a 10 m. Funciona a 12 a 24 V, tiene protección IP68 y se comunica por RS-485 con Modbus RTU. La web muestra el nivel en metros sobre el nivel del mar.
¿Cómo se convierte el nivel en caudal?
Con una curva de calibración Q = a·H^b, construida con campañas de aforo. El caso publica la curva de Pucallpa, Q = 1E-71 · H^34,7575, con los aforos de 2018 y 2019. Un aforo con ADCP M9 el 16 de junio de 2020 midió 5.122,84 m³/s. El caso no publica dónde se calcula la curva: en el PLC o en el servidor.
¿Cómo llegan las lecturas a la web?
El PLC las envía por la red celular. En las figuras del caso, un broker MQTT (EMQ) las recibe, un cliente MQTT en Node.js las escribe en MySQL con sentencias SQL INSERT y una web las muestra. El intervalo de envío por defecto es de 1 minuto, y se puede cambiar.
¿Qué pasa cuando no hay cobertura celular?
El caso dice que los datos solo llegan con servicio celular y que un enlace satelital puede ser la solución. No publica un búfer local. Una forma habitual es store and forward: el PLC guarda las lecturas en una tarjeta microSD, con la hora de un reloj de tiempo real, y las envía cuando vuelve el enlace. El M-Duino 19R+ lleva ambos integrados. Puedes probarlo en nuestro simulador de telemetría remota.
¿Qué parámetros de calidad del agua cubre el caso?
Temperatura, conductividad eléctrica (CE), oxígeno disuelto y pH, con registros diarios y horarios. Los sensores individuales están acoplados de forma permanente a la estación hidrométrica. El caso da un coste de los sensores de unos S/ 8.000 y un certificado de calibración de 1 año acreditado por INACAL. No publica cómo se conectan estos sensores al PLC.
Descarga el caso de éxito
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