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Sistema de Información Científica
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambie. 28 (1) 73-91, 2012
MEDICIÓN DE CAUDALES MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN VEHÍCULO
ACUÁTICO TELEOPERADO
Carlos Eduardo DÍAZ GUTIÉRREZ
1, 2
, José Armando SEGOVIA de los RÍOS
1, 2
,
Mayra Patricia GARDUÑO GAFFARE
2
, Samuel TEJEDA VEGA
1
1
Intituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Carretera México-Toluca s/n, La Marquesa, Ocoyoacac, Estado
de México, 52750, México
2
Instituto Tecnológico de Toluca, Av. Inst. Tecnológico s/n, Metepec, Edo. de México. C. P. 52140. México.
Correos electrónicos: carlos_eduardo_dg@yahoo.com.mx, armando.segovia@inin.gob.mx, mayrag2001@
hotmail.com, samuel.tejeda@inin.gob.mx
(Recibido mayo 2010, aceptado septiembre 2011)
Palabras clave: aforo, caudal, contaminación, plataforma-acuática
RESUMEN
La disponibilidad y la contaminación de los recursos ambientales es uno de los prin-
cipales problemas a los cuales se enfrenta hoy en día la sociedad moderna. El agua, el
recurso más preciado del planeta, no es ajena a estas situaciones. Por ello, el Instituto
Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ), realiza operaciones de muestreo y aforo
de diversos cuerpos de agua naturales, con el objetivo principal de establecer el grado
de contaminación que éstos tienen, así como también determinar la disponibilidad
de los recursos hídricos. En México, realizar el aforo de cuerpos de agua en cauces
naturales no es tarea sencilla, ya que la gente encargada de esta actividad se introduce
en el cuerpo de agua, poniendo en riesgo su salud e integridad física. Por esta razón,
se decidió diseñar y construir el sistema de aforo (SA-1), que es un vehículo acuático
teleoperado y cuya ±nalidad es evitar que el personal se introduzca en el cuerpo de
agua para realizar el aforo de éste. En el presente artículo se presenta la descripción
de este novel sistema.
Key words: gauging, water ²ow, water pollution, aquatic-platform
ABSTRACT
The availability and pollution of environmental resources is one of the main prob-
lems to which modern society faces. Water, the planet’s most precious resource, is no
stranger to this situation. Therefore The National Institute for Nuclear Research (ININ),
perform operations of sampling and gauging of different natural water bodies in order
to establish the degree of pollution that they have, as well as availability of water
resources. In Mexico, performing the gauging of water bodies in natural channels is a
very complex task, because people responsible for this activity must get in the body
water risking its health and physical integrity. For these reasons, the gauging system
SA-1 was designed and built. This is a teleoperated vehicle whose purpose is to avoid
that the staff must enter to water body to perform the ²ow measurement. In this paper
a description of this new system is given.
C.E. Díaz Gutiérrez
et al.
74
INTRODUCCIÓN
Hoy en día la importancia del agua, ha sido un
factor decisivo para que diferentes organismos sean
motivados a evaluar los parámetros hidrométricos
(Rodríguez
et al.
2003). El control y medición de los
recursos hídricos, son actividades muy importantes
e inFuyen en aspectos operantes de colección o re-
caudación de datos. Para ejecutar estas actividades
se dispone de métodos, instrumentos y estructuras
de aforo (Herrera y Peña 1997).
El aforo de cuerpos de agua es una actividad
importante, ya que permite conocer la carga contami-
nante del mismo y de esta forma, elegir el tratamiento
más adecuado. A su vez, los datos obtenidos a través
de este procedimiento, permiten conocer la disponi-
bilidad del recurso hídrico y realizar la respectiva
gestión de la cuenca hidrológica.
Con base en lo anterior se puede establecer que
son varios los dispositivos que se utilizan para medir
caudales, como por ejemplo: vertederos, canaletas
Parshall
y sensores de nivel, entre otros. De particu-
lar interés resulta el sensor de molinete hidrométrico,
el cual se consideró para la construcción del sistema
descrito en este artículo.
Existen en los mercados equipos aforadores que
son más so±sticados y en donde las lecturas de las
alturas o cargas piezométricas se realizan por medio
de celdas de presión (transductores) y equipos ul-
trasónicos, que por un lado mejoran las mediciones
notablemente, pero por otro resultan mucho más
costosos.
Sontek
, por ejemplo, es una empresa líder
en el desarrollo de sistemas de medición de caudales
de última generación. Muestra de ello es el
Riversur-
veyor S5
ó
M9
, los cuales son sensores ultrasónicos
de frecuencia múltiple, con una resolución de 0.001
m/s a una profundidad de 15 m, en el caso del pri-
mer modelo, y 80 m en el caso del segundo (Sontek,
2011), con una resolución similar. Estos sensores
pueden ser colocados en una pequeña embarcación,
tal como la plataforma acuática denominada
Hydro-
board
, fabricada por la misma compañía. Este equipo
resuelve parcialmente el problema de introducirse en
el cuerpo de agua, para realizar el aforo, sin embargo
la plataforma tiene que ser remolcada por un barco
o una pequeña lancha (Sontek 2011). El costo del
sensor oscila entre 30 000 y 40 000 dólares ameri-
canos, y si se requieren componentes adicionales el
costo es aún mayor (Gómez 2008, López 2008), lo
que los hace prácticamente inasequibles (Calderón
2005, Galán 2007).
Una idea de gran atractivo para la hidrología es
la medida sin contacto con el Fuido desde fuera del
cauce; con este planteamiento se ha desarrollado la
tecnología radar UH² (
ultra high frequency
) (Mar-
tireta
et al.
2006). Consiste en una pequeña estación
que emite señales radioeléctricas de muy baja poten-
cia hacia el cauce. La super±cie del agua tiene una
pequeña rugosidad que reFeja un eco al radar del
que se extrae la información de velocidades super±-
ciales del río. Esta tecnología posee la desventaja de
tener un alto costo si se consideran las 718 cuencas
hidrológicas en las que está dividida la República
Mexicana (CONAGUA 2007), independientemente
de los recursos técnicos y humanos necesarios para
su instalación y mantenimiento.
Actualmente, en la mayor parte de esas cuencas
hidrológicas, el aforo de éstas se lleva a cabo de
forma manual, en donde el trabajador se introduce al
cuerpo de agua y manipula el dispositivo de medición
tomando lecturas y registrando en papel los datos
arrojados, lo que convierte el aforo en una tarea bas-
tante compleja, puesto que depende de la forma de la
super±cie libre del agua, que en el caso de corrientes
naturales es totalmente irregular. Además, el personal
encargado de realizar dicha actividad, en la mayoría
de los casos, entra en contacto con diversas sustan-
cias contaminantes que se encuentran presentes en el
agua, pudiendo dar origen a diversas enfermedades y
también con el riesgo de tener accidentes debidos a la
presencia de corrientes en los sitios de muestreo (Díaz
et al.
2009). Ante esta situación, se buscó diseñar y
construir el sistema automático denominado Sistema
de Aforo Uno (SA-1). Con este sistema se busca
evitar por un lado, que el ser humano se introduzca
en el cuerpo de agua para realizar el aforo y por el
otro, prescindir del uso de algún vehículo tripulado
para desplazar al sistema aquí desarrollado.
MATERIALES Y MÉTODOS
En este apartado se describen en primer lugar los
criterios empleados para llegar a la mejor propuesta
de diseño, tanto para la carcasa como para el sistema
de medición del SA-1. Posterior al análisis de dichas
propuestas, se realiza el diseño formal de ambas.
Criterios de diseño
1.
Flotabilidad
Se parte del principio de Arquímedes, en el cual
la fuerza de Fotación o empuje actúa en dirección
vertical hacia arriba a través del centroide del volu-
men desplazado y se de±ne en forma matemática,
por medio de la siguiente ecuación (Tupper 2002,
Mott 2006):
MEDICIÓN DE CAUDALES MEDIANTE UN VEHÍCULO ACUÁTICO TELEOPERADO
75
F
b
= ρgV
(1)
siendo:
F
b
, la fuerza de Fotación que experimenta el cuerpo,
ρ
, densidad del Fuido (para el agua
ρ = 1000 kg/m
3
),
g
, aceleración gravitacional (
g = 9.81 m/s
2
),
V
, volumen de Fuido desplazado por el cuerpo.
Cuando un cuerpo Fota libremente desplaza el
volumen su±ciente de Fuido para balancear su propio
peso,
W
, dado por:
W = mg
(2)
Donde:
m
, es la masa del cuerpo en kg.
Es decir, si:
F
b
= W
, el cuerpo se encuentra en un estado de equi-
librio hidrostático,
F
b
> W
, el cuerpo Fota sobre la super±cie del Fuido,
F
b
< W
, el cuerpo se sumerge.
Con base en los criterios anteriores, es factible
determinar si el robot es capaz de Fotar, Fotar “entre
aguas” o sumergirse.
2.
Estabilidad
La condición para la estabilidad de los cuerpos
Fotantes es diferente de aquélla para los cuerpos
sumergidos por completo; la razón se ilustra en la
fgura 1
, donde se muestra la sección transversal
aproximada de un barco. En el inciso (a) de la ±gura,
el cuerpo Fotante se encuentra en su orientación de
equilibrio y el centro de gravedad (
cg
) está arriba del
de Fotabilidad (
cb
). La línea vertical que pasa a través
de dichos puntos es conocida como eje vertical del
cuerpo. En el inciso (b), se muestra que si el cuerpo
se gira ligeramente, el centro de Fotabilidad cambia
a una nueva posición debido a que se modi±ca la
geometría del volumen desplazado. La fuerza Fotante
y el peso ahora producen un par estabilizador que
tiende a regresar el cuerpo a su orientación original;
así el cuerpo se mantiene estable (Tupper 2002).
De acuerdo con la
fgura 1
, el metacentro (
mc
)
se de±ne como la intersección del eje vertical de un
cuerpo cuando está en su posición de equilibrio, con
una línea vertical que pasa a través de la posición
nueva del centro de Fotación cuando el cuerpo gira
levemente. Por lo tanto un cuerpo es estable si su
centro de gravedad está por debajo del metacentro
(Tupper 2002, Mott 2006):
La distancia al metacentro a partir del centro de
Fotación es conocida como
MB
y se calcula con la
siguiente ecuación:
V
d
I
MB
=
(3)
En esta ecuación,
V
d
es el volumen desplazado del
Fuido e
I
es el momento de inercia mínimo de una
sección horizontal del cuerpo tomada en la super±cie
del Fuido. Si la distancia
MB
sitúa al metacentro
arriba del centro de gravedad, el cuerpo es estable.
3.
Seguridad
Entre las metas del diseño de productos está
evitar riesgos y peligros al usuario o a personas que
se encuentren cercanas a la operación del producto.
Dentro de los riesgos relacionados con el diseño de
productos se encuentran (Routio 2007) el rompi-
miento o colapso del producto, materiales dañinos,
Eje vertical
MB
mc
mc
W
cg
cg
cb
cb
Fb
Fb
(a) Posición original
(b) Posición inclinada
Par estabilizador
Superficie del
fluido
Fig. 1.
Condición de estabilidad para cuerpos Fotantes
C.E. Díaz Gutiérrez
et al.
76
daños eléctricos, daños mecánicos, riesgo de fuego
y altas temperaturas.
4.
Confabilidad
En el mundo moderno el concepto de conFabili-
dad adquiere gran trascendencia. ConFabilidad es la
“capacidad de un ítem de desempeñar una función
requerida, en condiciones establecidas”. Se habrá
logrado la conFabilidad requerida cuando el ele-
mento (“ítem”) haga lo que se requiere que haga. El
elemento puede hacer referencia a una máquina, a
una planta industrial o a un proceso (Ellman 2008).
5.
Facilidad de operación y mantenimiento
El producto debe ser diseñado de tal manera que
su operación resulte sencilla e incluso agradable. Se
debe evitar el uso excesivo de controles que oca-
sionen confusión al usuario y, en consecuencia, una
mala operación del equipo. Las interfaces gráFcas, en
caso de ser requeridas, deben ser claras e intuitivas.
El mantenimiento de un producto debe ser mínimo
y fácil de llevar a cabo por personal capacitado para
ello y, además, de costo bajo.
6.
Costo bajo
El costo bajo para el sistema de aforo se reFere al
gasto directo en la elaboración del producto. Este costo
contempla los materiales, sensores, actuadores y los
sistemas de control que ha de llevar el robot. Para que
este nuevo sistema de aforo propuesto sea rentable, su
costo debe de mantenerse por debajo del costo de otros
sistemas automáticos empleados para el mismo Fn.
7.
Facilidad de ±abricación
Este criterio hace hincapié en todo lo relativo a
la fabricación a lo largo del proceso del desarrollo
del producto. Un buen diseño para la fabricación se
traduce en una reducción en los costos, sin sacriFcar
la calidad del producto (Ulrich y Steven 2000).
Carcasa del sistema de aforo
Con base en lo anterior, se desarrollaron 6 pro-
puestas a Fn de dar solución al problema, las cuales
se muestran en la
Fgura 2
.
En el inciso (a) de la
Fgura 2
, la propuesta mos-
trada fue pensada para realizar el aforo de cuerpos de
agua mediante el uso de un sensor ultrasónico. Esta
alternativa tenía la principal ventaja de ser pequeña
(528 mm de ancho, 440 mm de largo y 170 mm de
alto) en comparación a las otras propuestas. Poseía
dos propulsores para su desplazamiento y un timón de
dirección. Las características geométricas del diseño
lo hacían un sistema con problemas de estabilidad
y ±otación al contar con una superFcie reducida de
contacto con el agua.
La propuesta mostrada en la
Fgura 2(b)
, presen-
taba buena ±otabilidad, ya que cuenta con suFciente
superFcie de contacto para mantenerse a ±ote, sin
embargo se considera de difícil manufactura y alto
costo. ²ue pensada también para transportar un sen-
sor ultrasónico. Ante los defectos de este sistema, se
propuso la alternativa de solución 3, mostrada en el
inciso (c) de la
Fgura 2
. Al igual que las alternativas
anteriores, el diseño de esta plataforma acuática se pen-
só para un sensor ultrasónico. Este modelo presentaba
buena estabilidad y ±otación. Tenía la desventaja de
una capacidad de carga limitada. El costo del sensor
ultrasónico era otra limitante para esta propuesta, al
igual que en los casos de las propuestas anteriores.
El inciso (d) de la
Fgura 2
ilustra la primera pro-
puesta planteada para el uso de sensor de molinete.
Tenía la principal desventaja de ser robusto y difícil
de manipular al contar con aletas laterales. Las poleas
que aparecen en la parte superior de la carcasa eran
para pasar a través de ellas un cable guía, el cual debía
ser tendido entre las dos orillas del cuerpo de agua.
Tenía, además, problemas de estabilidad y ±otabilidad.
Empleando un concepto similar al anterior, se di-
señó una nueva propuesta del tipo catamarán (
Fgura
2(e)
). Esta propuesta cuenta con dos ±otadores late-
rales (de aquí el nombre de catamarán) y una carcasa
central para alojar los componentes necesarios para
hacer las mediciones. Presentaba buena ±otabilidad
y estabilidad, sin embargo la carcasa inferior y su-
perior son de geometría compleja lo que diFcultaba
su manufactura y capacidad de carga.
²inalmente, en el inciso (f) de la
Fgura 2
, se
ilustra la sexta propuesta planteada. Esta presenta
buena ±otabilidad y estabilidad y su manufactura es
más simple que en el caso anterior.
Análisis comparativo de ²otabilidad
En la
Fgura 3
se muestra una gráFca comparativa
del análisis de ±otabilidad realizado a cada propuesta.
El análisis fue efectuado conforme a lo expresado en
la sección de “criterios de diseño”.
De la gráFca anterior, se observa que las propues-
tas 3, 5 y 6 son las que presentaban mayor ±otabilidad
con respecto a las otras. Por otro lado, la alternativa 3,
aún cuando muestra esta propiedad, quedó descartada
debido a que fue planeada para transportar un sensor
ultrasónico.
Análisis comparativo de estabilidad
De acuerdocon lo planteado en la sección “cri-
terios de diseño” y tras descartar las alternativas 1
MEDICIÓN DE CAUDALES MEDIANTE UN VEHÍCULO ACUÁTICO TELEOPERADO
77
Fig. 2.
Propuestas de solución para el diseño de la carcasa del sistema de aforo
(a) Propuesta
1
(b) Propuesta 2
(d) Propuesta 4
(e) Propuesta 5
(f) Propuesta 6
(c) Propuesta 3
Antena de transmisión
Carcasa componentes
eléctricos
Timón de
dirección
Motores
Compartimento de
sensores
Soporte
propulsores
Carcasa
propulsores
Poleas para
cable guía
Carcasa del sistema
de medición
Soporte del sistema
de medición
Flotadores
Propulsores
C.E. Díaz Gutiérrez
et al.
78
a 4, se observa en la gráfca de la
fgura 4
que las
alternativas restantes cumplen con el criterio de esta-
bilidad; es decir, la distancia metacéntrica de ambas
propuestas se encuentra por encima del centro de
gravedad de las mismas.
Comparativo de las alternativas con el resto de los
criterios utilizados
En la
fgura 5
se muestra el comparativo de las
seis propuestas con respecto al resto de los criterios
mencionados en la sección “criterios de diseño”. La
evaluación de estos criterios se realizó con base en
un Factor de ponderación. Este se encuentra en un
rango de 0 a 1. Se asigna el valor de 0 si no cumple
con el criterio y 1 si el criterio es cumplido satis-
Factoriamente. De igual Forma, es válido asignar
cualquier rango de valores comprendidos entre los
dos números antes mencionados. El último concepto
que aparece en la parte fnal de la gráfca, es el pro-
medio de todos los valores asignados a cada criterio.
Acorde con lo anterior, se aprecia que la propuesta
6 es la que tiene un promedio mayor en la mayoría
de los rubros evaluados. Si además se consideran los
criterios de ±otabilidad y estabilidad, se concluye,
por lo tanto, que la mejor opción corresponde a esta
última propuesta.
Sistema de medición
Al igual que en el caso anterior, se buscaron al-
ternativas para dar solución al problema del sistema
que se ha de encargar de la medición de caudales. En
la
fgura 6
se muestran las seis propuestas creadas
para dar solución al problema que atañe a este rubro.
Análisis comparativo entre las alternativas propuestas y los criterios restantes
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Seguridad
Confiabilidad
Facílidad de
operación y
mantenimiento
Costo bajo
Facilidad de
fabricación
Promedio
Criterio
Valor ponderado
Alternativa 1
Alternativa 2
Alternativa 3
Alternativa 4
Alternativa 5
Alternativa 6
Fig. 5.
Análisis comparativo de las diversas alternativas con los criterios restantes
Análisis de estabilidad
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Centro de gravedad (m)
Distancia Metacéntrica (m)
Criterio
Valor ponderado
Alternativa 5
Alternativa 6
Fig. 4.
Análisis comparativo de estabilidad para las alternativas
5 y 6
Análisis de flotabilidad para las alternativas propuestas
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1
2
3
4
5
6
Alternativa
Peso y Empuje (N)
Peso
Empuje
Fig. 3.
Análisis comparativo de ±otabilidad
MEDICIÓN DE CAUDALES MEDIANTE UN VEHÍCULO ACUÁTICO TELEOPERADO
79
La primera de ellas (
fgura 6(a)
) consistía bási-
camente en un sensor ACD (
Acoustic Doppler Pro-
fler
) fabricado por las empresas
Sontek
. Presentaba
grandes ventajas como su tamaño reducido y su bajo
peso, además de una sencilla interfaz de usuario. Su
principal desventaja era su alto costo como ya se
mencionó anteriormente. Este sistema se pensaba
transportar en alguna de las carcasas (a), (b) ó (c)
de la
fgura 2
.
La segunda propuesta (
fgura 6(b)
), fue utilizar
un detector de peces que funciona mediante sonar; es
decir, la medición de profundidad se hace mediante
un transductor que mide el tiempo de ida y vuelta del
impulso ultrasónico (Díaz 2005). Con este equipo se
Fig. 6
. Alternativas de solución para el sistema de medición.
(a) Propuesta A
(b) Propuesta B
(c) Propuesta C
(d) Propuesta D
(e) Propuesta E
(f) Propuesta F
Boya balizante
Motor
Terreno
Tornillo de potencia
Estructura
Cuerpo de agua
Sensor de molinete
Terreno
Boya balizante
Tornillo de potencia
Motor
Cuerpo de agua
Sensor de molinete
Cuerpo de agua
Base
Motor 1
Motor 2
Ejes
Chumaceras
Flotador
Terreno
Sensor de
molinete
Cable de
acero
Ancla
Terreno
Motor 1
Motor 2
Chumaceras
Flotador
Cuerpo de agua
Brazo
Cable de
acero
Ancla
Sensor de molinete
Dispositivo portador del
sensor de molinete
C.E. Díaz Gutiérrez
et al.
80
buscaba resolver el problema del perfl hidrométri-
co del cuerpo de agua, sin embargo, no resuelve el
problema de la medición de la velocidad del agua.
Además, adaptar este tipo de sensores para medir
proFundidad y velocidad del agua, resulta una tarea
Francamente complicada. Este equipo podía ser trans-
portado en las carcasas (a), (b) ó (c) de la
fgura 2
.
Al tener que seguirse empleando el sensor de
molinete como medio de medición de velocidades de
agua, se buscó adaptar este instrumento a un nuevo
sistema. En el inciso (c) de la
fgura 6
se muestra la
tercera alternativa. Consiste en una boya tipo baliza
y una estructura a través de la cual pasa un tornillo
de potencia. Al accionar los motores del sistema, el
tornillo comienza a descender o ascender junto con
el sensor, de acuerdo con la proFundidad requerida
por el usuario. Si bien es cierto que se puede obtener
una buena precisión en cuanto a la determinación
de la proFundidad del cuerpo de agua, se tenía el
problema del tamaño de la estructura y del tornillo.
También había problemas de estabilidad, operación,
mantenimiento, difcultad para manuFacturarlo y un
costo alto. Este equipo no era compatible con ninguna
de las carcasas mostradas en la
fgura 2
.
La cuarta alternativa (
fgura 6(d)
) es una variante
de la tercera. Se consideraba una boya de tipo baliza
pero, en esta ocasión, el tornillo de potencia es de tipo
telescópico; es decir, el tornillo se va extendiendo de
acuerdo con la proFundidad a la cual se quiera medir
la velocidad el agua. Presenta las mismas desventajas
que el caso anterior, siendo aún más diFícil y costosa
la manuFactura de un tornillo de esta naturaleza. Al
igual que en el caso anterior, no presenta compatibili-
dad alguna con las carcasas mostradas en la
fgura 2
.
La quinta alternativa, ilustrada en el inciso (e) de
la
fgura 6
, consistía en hacer descender y ascender
el sensor de molinete mediante cables de acero. El
ancla que aparece en la fgura, tenía la fnalidad de
estabilizar la plataForma al momento de realizar las
mediciones. Esta alternativa se modifcó (
fgura 6(F)
)
a fn de hacerla más compacta y se añadió un brazo
a través del cual pasa el cable de acero. Este brazo
tiene la fnalidad de estabilizar al sensor de molinete
durante la toma de lecturas. Estas últimas soluciones
se podían adaptar Fácilmente a las carcasas (d), (e) ó
(F) mostradas en la
fgura 2
.
Comparativo de las alternativas propuestas para el
sistema de medición
Los criterios para seleccionar las alternativas re-
Ferentes al sistema de medición son los mismos que
los empleados en la selección “criterios de diseño”,
exceptuando los criterios de ±otabilidad y estabilidad.
En la
fgura 7
, se muestra una gráfca comparativa
entre las diversas alternativas presentadas y, en donde
se observa que la sexta propuesta es la que satisFace
la mayoría de los criterios, después de la alternativa
1. Siendo el costo un Factor importante, la alternativa
1 se tuvo que descartar y, por lo tanto, es la propuesta
6 la que se tomó para el diseño.
²inalmente, en la
fgura 8
se muestra una Fusión
entre la propuesta para la carcasa y el sistema de
medición seleccionados. A este nuevo sistema es al
Análisis comparativo entre las alternativas propuestas y los criterios
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Seguridad
Confiabilidad
Facilidad de
operación y
mantenimiento
Costo bajo
Facilidad de
fabricación
Promedio
Criterio
Valor ponderado
Alternativa 1
Alternativa 2
Alternativa 3
Alternativa 4
Alternativa 5
Alternativa 6
±ig. 7
. Análisis comparativo entre los criterios vs. alternativas propuestas
±ig. 8
. Propuesta fnal en donde se Fusiona la carcasa con el
sistema de medición (la fgura presenta un corte longi-
tudinal a fn de poder observar todos los componentes
del sistema de medición)
MEDICIÓN DE CAUDALES MEDIANTE UN VEHÍCULO ACUÁTICO TELEOPERADO
81
que se le ha dado el nombre de Sistema de aforo 1
(SA-1) y es, Fnalmente, la propuesta de diseño cal-
culada y desarrollada.
Descripción del sistema de medición elegido y fun-
cionamiento
Es importante describir de manera detallada la
forma en que el sistema de medición del SA-1 (
fg. 8
)
funciona. Básicamente el diseño fue concebido para
emplear la técnica área-velocidad, que es la que co-
múnmente se utiliza para realizar el aforo de cuerpos
de agua usando el sensor de molinete (Herrera y Peña
1997). Para ello, el caudal en una sección transversal
está dado por la ecuación de continuidad donde la
integral se aproxima sumando los caudales incre-
mentales calculados para una serie de mediciones de
velocidad
V
i
y profundidad
D
i
. Para esto, se eligen
un número de verticales en la sección y se calcula la
velocidad media en cada vertical. Para cada sección
entre dos verticales de medida
∆w
i
, el área se calcula
como el producto del promedio del alto por el ancho,
y la velocidad media como el promedio de las veloci-
dades medias en las verticales (
Fig. 9
). El caudal de
cada sección resulta directamente como el producto
del área y la velocidad media, mientras que el caudal
total se calcula como la suma de los caudales entre
verticales (Díaz et al. 2009, Prada 2004).
Matemáticamente, lo anterior se puede expresar
como (Dussaubat y Vargas 2005):
Q =
v
i
(
∆w
i
D
i
)
n
i
= 1
(4)
Para llevar a cabo la tarea descrita, el SA-1
cuenta con un sistema mecánico que se describe en
la
fgura 10
.
Una vez que el SA-1 ha sido posicionado en un
ancho
∆w
i
del cuerpo de agua, se tira el ancla del
sistema. El ancla, junto con el brazo estabilizador,
tienen por Fnalidad evitar que el sensor de molinete
rote al momento de realizar una medición (
Fig. 11
)
por un lado y, por otro lado, el ancla proporciona esta-
bilidad a la plataforma acuática y, a su vez, facilita la
medición de la profundidad total del cuerpo de agua.
Con el ancla en el fondo del cuerpo de agua,
el motor del sensor es accionado a Fn de que el
molinete inicie su descenso vertical hasta una pro-
fundidad
D
i
requerida. Una vez que se ha tomado
el valor de la velocidad
v
i
, se procede a tomar una
nueva lectura de velocidad a mayor profundidad
considerando la misma vertical, lo cual se logra al
Fig. 9.
Técnica área-velocidad para la medición de caudales con
sensor de molinete
Motor de ascenso y descenso
del sensor de molinete
Motor de ascenso
del ancla
Chumaceras
Dispositivo portador
del sensor de molinete
Brazo estabilizador
Sensor de molinete
Cable de acero
Ancla
Fig. 10.
Descripción del sistema de medición del SA-1
Fig. 11
. Relación entre el
ancla y los brazos estabilizadores
C.E. Díaz Gutiérrez
et al.
82
accionar nuevamente el motor del sensor. Se pueden
hacer tantas mediciones sobre una misma vertical
como se requieran. Una vez que se han terminado
de realizar las mediciones en la vertical respectiva
y de haberse registrado los valores obtenidos, el
dispositivo que contiene al sensor de molinete es
llevado a su posición inicial, lo mismo que el ancla,
a fn de trasladar el SA-1 a una posición siguiente
∆w
i
para tomar nuevas lecturas. En la
fgura 12
se
ilustran estos conceptos.
Diseño Formal de la carcasa y del sistema de
medición
En la
fgura 13
se presenta el corte transversal del
SA-1, con el objeto de mostrar los elementos de los
que consta el sistema de medición diseñado.
Para que el sistema Funcione de manera adecuada,
Fue necesaria la adquisición de algunos componentes
mecánicos de patente, dentro de estos elementos se
cuentan los siguientes:
a) Motores del sistema de anclaje y del sistema de
medición
b) Chumaceras y rodamientos
c) Propulsores del sistema
d) Materiales de construcción
e) Elementos de unión
F) Cable de acero
g) Tarjetas electrónicas
El resto de los elementos que aparecen en la
fgura 13
, Fueron propuestos y diseñados por los
autores del presente escrito, siendo los motores del
sistema de anclaje y de medición los que coadyuva-
ron a dimensionar de manera adecuada la plataForma
acuática.
Los materiales empleados en el diseño y cons-
trucción de este sistema son: la fbra de vidrio para
la carcasa superior, la inFerior y los ±otadores de
acero y aluminio para el resto de los componentes.
Con el fn de garantizar que todos los elementos di-
señados cumplan de manera satisFactoria las tareas
para las que Fueron diseñados, se utilizó el método
del elemento fnito para verifcar posibles Fallas de
diseño. Por ejemplo, en la
fgura 14
se muestra la
verifcación de diseño del ancla. Al no observarse
zonas rojas (zonas que están por encima de un Factor
de seguridad previamente establecido), se concluye
que el diseño es satisFactorio.
Para su desplazamiento, la plataForma acuática
cuenta con dos propulsores de 80 W cada uno. Di-
chos propulsores se muestran en la
fgura 15
. Estos
propulsores juegan un papel importante en cuanto a
la maniobrabilidad, al desplazamiento y al control
del sistema.
Radio módem del SA-1
Ancho ∆w
Cuerpo de agua
Profundidad Di
Sensor de
molinete
Vertical
Terreno
±ig. 12.
Proceso de aForo con el SA-1
Base del sistema de
medición
Cable de acero
Sistema portador del
sensor de molinete
Brazos estabilizadores
Ancla
Poleas
Ejes
Motores
Chumaceras
Carcasa superior
Carcasa inferior
Soportes
Sensor de molinete
Flotadores
±ig. 13
. Elementos diseñados de la plataForma acuática
MEDICIÓN DE CAUDALES MEDIANTE UN VEHÍCULO ACUÁTICO TELEOPERADO
83
Sistema de control
Para desarrollar las tareas planteadas anterior-
mente, el SA-1 cuenta con todo un sistema de con-
trol electrónico (
Fig. 16).
Las características de este
sistema se describen a continuación.
1. Computadora embebida. Esta computadora es el
cerebro del SA-1 y es la encargada de controlar
todas las funciones que realiza este sistema. Esta
computadora está también encargada de enviar la
información recabada por el sensor de molinete y
el microcontrolador a la computadora del usuario
ubicada en tierra.
2. Microcontrolador. El tipo de microcontrolador
que posee el SA-1 tiene un amplio uso en robó-
tica y en aplicaciones industriales y posee altas
prestaciones que lo hacen de gran utilidad para
el control de los propulsores, los motores y los
sensores de la plataforma acuática. Es también el
encargado del control directo del hardware, junto
con la computadora.
3. Controladores de potencia. El SA-1 cuenta con
cuatro controladores de potencia, los cuales son
los dispositivos encargados de proporcionar un
voltaje de salida a Fn de poner en funcionamiento
los motores para desempeñar algún comporta-
miento requerido (desplazar el vehículo, subir
el ancla, o subir/bajar el molinete, por ejemplo)
de acuerdo a las señales recibidas de parte del
microcontrolador.
4. Batería. El SA-1 cuenta con una batería de 12 V
de ciclo profundo que es su fuente de energía, y
la cual es como las empleadas en carros de golf
o sillas de ruedas. Esta le permite realizar las
actividades de aforo durante el tiempo que sea
necesario y sin la necesidad de realizar recargas
durante la operación del sistema. No se descarta
Máx: 2.88e+007
Mín: 2.34e+004
Fig. 14.
VeriFcación de diseño del ancla
Fig.15
. Propulsores del vehículo
Radio módem
12-5 V
PCM-9375
Batería
Motordel sensor de
molinete
Codificador
Cable serial
Propulsor 2
Flecha del sensor de molinete
Microcontrolador
Motor del ancla
Interruptor del
ancla 2
Flecha del ancla
Codificador
Controlador de
potencia
Propulsor 1
Interruptor del
ancla 1
Sensor de molinete
Fig. 16
. Electrónica del sistema de aforo SA-1
C.E. Díaz Gutiérrez
et al.
84
se despliega la pantalla mostrada en (d) de la misma
fgura. Al llenar los rubros que se piden en la pantalla
del inciso (d) y al oprimir el botón
Iniciar medidas
,
el dispositivo que contiene al sensor de molinete co-
mienza a descender una proFundidad
D
i
acorde con
los parámetros dados. Cuando se han terminado de
realizar las mediciones aparece la pantalla mostrada
en el inciso (e) de la
fgura 17
. De acuerdo con esta
pantalla, el usuario tiene la opción de seleccionar una
de las tres opciones desplegadas. Al seleccionar la
opción
Realizar mediciones en un nuevo lugar
, el ancla
y el dispositivo que contiene al sensor de molinete son
llevados a su posición inicial y se despliega la pantalla
de
Control de propulsores del SA-1
(
Figura 17(c)
) con
el fn de trasladar la plataForma a una nueva posición. Si
se selecciona la opción
Terminar y generar archivo de
datos obtenidos
el sistema despliega la pantalla, ilustra-
da en la
fgura 17(±)
con toda la inFormación recabada
durante el aForo, como por ejemplo la proFundidad
del cuerpo de agua, el área de la sección hidráulica, la
velocidad del agua y el caudal.
Concluidas las operaciones de aForo, lo que resta
es llevar el ancla y el dispositivo que porta al sensor
de molinete a su posición original y encender los
propulsores del SA-1 desde el menú
Control de pro-
pulsores del SA-1
, llevarlo hasta la orilla del cuerpo
de agua y retirarlo.
Modelos matemáticos
Para desarrollar sistemas de control y comprobar
la propulsión y maniobrabilidad del SA-1, se han
desarrollado diversos modelos matemáticos en los
cuales se incluyen todas las características mecánicas
y electrónicas del sistema de aForo. En los modelos
también se incluyen algunas características Físicas
propias de un cuerpo de agua. En la
fgura 18
se
muestran los bloques principales de los modelos
desarrollados, a través de los cuales es Factible la
generación de diversas trayectorias. Dichas trayec-
torias se pueden observar en la sección de resultados.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Con base en el diseño fnal obtenido, se construyó
el sistema SA-1. Los resultados sobre los aspectos de
diseño, ±otabilidad, estabilidad, propulsión y manio-
brabilidad, se presentan y discuten a continuación.
Diseño
En la
fgura 19
, se muestra el producto fnal
obtenido de acuerdo con lo descrito en las secciones
anteriores.
en el Futuro la posibilidad de dotar al SA-1 con
celdas solares.
5. Radio módem. La Función del radio módem es
establecer un enlace de comunicación inalámbrica
entre la estación de operación y la plataForma. El
tipo de radio módem empleado en este equipo
permite distancias de comunicación de hasta 100
m en áreas abiertas.
6. Codifcadores (
encoders
). Estos dispositivos tienen
la fnalidad de emitir una serie de pulsos que el mi-
crocontrolador puede contabilizar y de esta Forma
determinar la posición de la ±echa de los motores.
Interfaz gráFca de usuario
El procedimiento descrito en la sección Des-
cripción del sistema de medición elegido y Funcio-
namiento, es controlado por el usuario a través de
una computadora ubicada en tierra y ejecutando la
interFaz gráfca creada para tal fn y de la cual se
muestran algunas acciones en la
fgura 17
.
Una vez que el SA-1 ya se encuentra en el cuerpo
de agua, el usuario, ubicado en tierra, ejecuta en la
computadora el programa que se encarga del control
de la plataForma. En la
fgura 17(a)
, se muestra la pan-
talla principal de la interFaz, en donde se observan tres
opciones. Las dos últimas no necesitan explicación, ya
que su Funcionamiento es evidente. Sin embargo, con
respecto a la primera, se requiere una explicación am-
plia, ya que al oprimir el botón de
Inicio
, se despliega
la pantalla mostrada en la
fgura 17(b)
. Supóngase,
por ejemplo, que lo que se desea es desplazar al SA-1.
Al oprimir el botón
Desplazar al SA-1
, se despliega la
pantalla mostrada en la
fgura 17(c)
. El primer paso
es encender los propulsores del SA-1. Al pulsar por
primera vez el botón
Adelante
o el botón
Atrás
los pro-
pulsores son energizados pero el SA-1 no se moverá.
Se puede iniciar el movimiento del sistema pulsando el
botón
Aumentar la velocidad
o reducir, si lo amerita el
caso, la velocidad de la plataForma pulsando el botón
Disminuir la velocidad
. Es también posible hacer girar
el sistema a la derecha o a la izquierda. Para ello, se
requiere pulsar los botones correspondientes para tal
fn. A su vez, el SA-1, tiene la capacidad de desplazarse
hacia atrás y realizar las mismas Funciones que en el
caso de un movimiento hacia delante. Todas estas
actividades tienen la fnalidad de permitir colocar al
SA-1 en una primera posición de aForo; es decir a un
ancho
Δw
i
del cuerpo de agua. El siguiente paso es
apagar los propulsores (botón
parar
en la interFaz de
la
fgura 17(c)
) y oprimir el botón
Tirar el ancla
, a fn
de que la plataForma acuática quede estabilizada. Una
vez realizada la operación anterior, al oprimir el botón
Ir a operación de aforo
en la interFaz de la
fgura 17(c)
,
MEDICIÓN DE CAUDALES MEDIANTE UN VEHÍCULO ACUÁTICO TELEOPERADO
85
El SA-1 es un sistema robusto con un peso aproxi-
mado de 912.33 N incluyendo la carcasa y todos los
elementos requeridos para hacer las funciones que
se le encomienden. Mide 1 m de ancho por 1 m de
largo y 0.6 m de alto, tomados desde la base de los
Fotadores hasta la carcasa superior. Su diseño ±nal
Fig. 17.
Interfaz grá±ca de usuario desarrollada para el control del SA-1
(a) Pantalla principal de la interfaz gráfica de usuario
(b) Menú de inicio de operaciones
(c) Interfaz para el control de propulsores del SA-1.
(d) Interfaz para realizar el aforo de cuerpos de agua
(e) Interfaz para el desarrollo de nuevas actividades.
C.E. Díaz Gutiérrez
et al.
86
no requirió de modifcación alguna salvo los soportes,
que son distintos a los mostrados en la
fgura 19
y
se aprecian en la
fgura 20
. Estos nuevos soportes
proporcionan una mejor sujeción de los Fotadores.
Flotación
El SA-1 muestra Fotación en aguas tranquilas, con
presencia de corrientes moderadas como se observa
en la
fgura 20
.
La ±uerza de empuje es de 1218 N. Este valor es
mayor al peso del sistema (912.33 N) por lo que de
acuerdo con el criterio de Fotabilidad ya antes expre-
sado, se comprueba que puede Fotar, como también
se observa en la
fgura 20
.
Estabilidad
Acorde con lo establecido en los “criterios de
diseño”, sección estabilidad, en la
fgura 21
se mues-
tran los parámetros de estabilidad calculados para el
SA-1. En esta fgura se observa que se cumple con
la condición de estabilidad, es decir, el metacentro
está por encima del centro de gravedad.
Modelos matemáticos
La generación de trayectorias a través de los mo-
delos descritos en la sección “Modelos matemáticos”,
se pueden apreciar en la
fgura 22
.
Con la generación de las trayectorias mostradas en
la
fgura 22
, se demuestra la capacidad de maniobra
del sistema creado, es decir, el SA-1 posee estabilidad
dinámica (cumple con la prueba
pull-out
(Marí 1998,
Fig. 17.
Continuación
(f) Interfaz de “Resultados del aforo”
Timón
Máquina del
timón
Compás de
dirección
Función de
ancho de pulso
Modelo
cinemático
Modelo
dinámico
Función de
trayectoria
Fig. 18
. Bloques principales del simulador empleado para la
generación de trayectorias
Fig. 19
. Sistema de a±oro SA-1
Fig. 20.
Pruebas de Fotación llevadas a cabo en el SA-1
MEDICIÓN DE CAUDALES MEDIANTE UN VEHÍCULO ACUÁTICO TELEOPERADO
87
Velasco
et al.
2004)), estabilidad de rumbo (satisface
la prueba de Dieudonnè
(Marí 1998, Velasco
et al
.
2004)) y capacidad de recuperación, ya que satisface
los requisitos requeridos en la maniobra de Kempf
revisada (Marí 1998, Velasco et al. 2004). La velo-
cidad con la cual se desplazó al SA-1, para generar
las trayectorias fue de 1 m/s, aproximadamente. Las
pruebas muestran la capacidad de los propulsores
para desplazar el sistema y hacerlo girar en el sentido
que el usuario desee.
Cálculo de la incertidumbre
El cálculo de la incertidumbre se realizó conforme
a lo expresado en la GUM (
Guide to the expression of
Uncertainty in Measurement
) (Schmid y Lazos 2000,
Pérez y Guevara 2002, Moreno 2005). En esta guía
se establece la necesidad de un modelo matemático
de la medición, el cual, para este caso, viene dado
por la expresión:
l
i
=
r
e
+ (
r
bi
r
bf
)
2
π
(
P
ε
c
)
[ ]
Nn
(5)
donde,
l
i
, es el mensurando, es decir, la distancia descendida
por el ancla,
P
, es el número de pulsos contabilizados por el mi-
crocontrolador,
N
, es el número de pulsos emitidos por cada revolu-
ción del codiFcador,
n
, es el número de cables de acero involucrados en
el descenso,
r
e
, es el radio del eje,
r
bi
, es el radio inicial de la bobina de acero,
r
bf
, es el radio Fnal de la bobina de acero.
ε
c
, es la incertidumbre del codiFcador.
Se realizaron bajo situaciones controladas y
considerando algunas fuentes de incertidumbre (en-
rollamiento de los cables de acero o incertidumbre
debida a los equipos empleados, por ejemplo), un
total de 19 mediciones cada una de las cuales fue
repetida cinco veces. Las mediciones consistieron
en dejar caer el ancla a una altura
l
c
y mediante el
microcontrolador, contabilizar los pulsos,
P
i
, gene-
rados por el codiFcador. Empleando la ecuación (5)
se estimó el valor de la medición,
l
i
. Con los datos
obtenidos se determinó la incertidumbre estándar
combinada (IEC) para expresar la longitud Fnal,
l
,
en términos de ésta. En el
cuadro I
se resume esta
información.
Bajo las condiciones en que se efectuaron las me-
diciones, se observan incertidumbres que ±uctúan
de ² 0.002027 m hasta
±
0.0432 m. Estas ±uctua-
ciones se deben a un desajuste en las bobinas de los
cables de acero o a un asentamiento deFciente del
ancla. El error estimado bajo estas circunstancias es
del 3.4 %. Sin embargo, estos resultados prelimina-
788,93
68
524
456
279,68
279,05
115,1
394,15
380,3
113
279,05
509,25
Fig. 21
. Análisis de estabilidad
C.E. Díaz Gutiérrez
et al.
88
res muestran la factibilidad de realizar este tipo de
mediciones a través del sistema propuesto.
A
lgunas otras especiFcaciones del sistema desa-
rrollado, con las que se cuenta hasta el momento son:
Velocidad máxima de desplazamiento del SA-1: 1 m/s
Profundidad máxima que alcanza el ancla: 2 m.
Velocidad de ascenso del ancla: 0.17 m/s
Velocidad máxima del agua a la cual el SA-1 puede
operar: inferior a 1 m/s.
Una segunda etapa de investigación, con base
en los resultados obtenidos hasta el momento, se
abocará hacia el control de la plataforma durante la
toma de lecturas debido a que se requiere que per-
manezca estática durante un tiempo determinado.
Al ser el SA-1 un sistema teleoperado, esta tarea se
tiene que llevar a cabo empleando sus propulsores
y el ancla como medios estabilizadores. Con estas
operaciones se garantiza la perpendicularidad de la
sección transversal con respecto al ±ujo; es decir,
si la corriente, está desplazando al SA-1 hacia atrás
entonces el robot acciona y aumenta la velocidad
Fig. 22
. Trayectorias generadas por el SA-1 a través del modelo matemático creado para tal Fn
150
100
50
0
–50
Inicio
–100
–150
0
20
40
60
X (m)
80
100
120
140
160
Y (m)
a) Trayectorias generadas para 5º, 10º, 15º, 20º y 25º de ángulo de timón
b) Trayectorias seguidas por el SA-1 para ubicarse en diferentes posiciones
para realizar el aforo de un cuerpo de agua
100
Dirección del cauce del río
Posiciones de
afor
o
80
Posición final
1
2
2
3
4
5
6
7
8
60
40
0
20
Posición inicio
–20
–40
–160
–140
–120
–100
–80
X(m)
–60
–40
–20
0
20
Y (m)
MEDICIÓN DE CAUDALES MEDIANTE UN VEHÍCULO ACUÁTICO TELEOPERADO
89
CUADRO I.
INCERTIDUMBRE COMBINADA EN LA MEDICIÓN DE LA ALTURA MEDIANTE EL ANCLA
l
c
(m)
P
1
l
1
(m)
P
2
l
2
P
3
l
3
P
4
l
4
P
5
l
5
IEC
l
(m)
0.10
455
0.098999363
470
0.102263078
443
0.096388391
487
0.105961955
428
0.093124675
0.002027138
0.10 ± 0.002027138
0.15
678
0.148815096
690
0.151448992
698
0.153204922
683
0.149912552
686
0.150571026
0.002660506
0.15 ± 0.002660506
0.2
1009
0.197263407
940
0.183773639
1086
0.212317205
1050
0.205279065
1000
0.195503872
0.004133076
0.20 ± 0.004133076
0.3
1318
0.283970793
1390
0.299483613
1293
0.278584397
1300
0.280092588
1490
0.321029197
0.006431322
0.30 ± 0.006431322
0.4
1735
0.397159613
1760
0.402882374
1797
0.411352061
1776
0.406544941
1700
0.389147748
0.007245608
0.40 ± 0.007245608
0.5
2165
0.538963219
2300
0.572570625
2205
0.548920969
2179
0.542448431
2254
0.561119213
0.009152588
0.50 ± 0.009152588
0.6
2629
0.600001413
2566
0.585623289
2767
0.631496352
2550
0.581971702
2754
0.628529438
0.011531146
0.60 ± 0.011531146
0.7
2962
0.700001655
3069
0.725288683
2896
0.684404049
2896
0.684404049
2992
0.707091476
0.012788054
0.70 ± 0.012788054
0.8
3268
0.800001887
3270
0.800491485
3223
0.78898595
3275
0.801715478
3308
0.809793832
0.014157948
0.80 ± 0.014157948
0.9
3655
0.899903639
3553
0.874790049
3616
0.890301384
3848
0.947422491
3558
0.876021108
0.016922031
0.90 ± 0.016922031
1.0
3788
0.999949525
4090
1.07967095
3855
1.017636067
4075
1.075711277
3548
0.936594751
0.021069347
1.00 ± 0.021069347
1.1
2679
1.08959065
2711
1.102605544
2800
1.138803218
2673
1.087150358
2650
1.077795903
0.01993991
1.10 ± 0.019939910
1.2
2843
1.2000028
2778
1.172566929
2867
1.210132968
2870
1.211399239
2900
1.224061949
0.021469652
1.20 ± 0.021469652
1.3
3410
1.321629693
3470
1.344884174
3600
1.395268884
3000
1.16272407
3321
1.287135545
0.028771858
1.30 ± 0.028771858
1.4
3480
1.405982761
2720
1.098929055
3589
1.450020727
3798
1.534460496
3780
1.527188171
0.043300655
1.40 ± 0.043300655
1.5
4345
1.512324887
4250
1.479259095
4356
1.516153557
4280
1.489700924
4356
1.516153557
0.026620452
1.50 ± 0.026620452
1.6
4410
1.653934752
4679
1.754821021
4203
1.57630108
4219
1.58230175
4090
1.533921346
0.032957501
1.60 ± 0.032957501
1.7
4560
1.688598503
4680
1.733035306
4345
1.608982565
4675
1.731183772
4689
1.736368066
0.031831685
1.70 ± 0.031831685
1.8
4790
1.746904128
4980
1.816196776
5023
1.831878797
4834
1.762950847
5020
1.830784702
0.032675822
1.80 ± 0.032675822
C.E. Díaz Gutiérrez
et al.
90
de los propulsores con el fn de mantenerse en una
posición de equilibrio durante la toma de lecturas. Lo
mismo sucede en el caso contrario, si la velocidad
de los propulsores es tal que el robot está siendo
desplazado hacía adelante, entonces los propulsores
disminuyen su velocidad con el fn de seguir mante-
niendo la posición de equilibrio. La tarea antes citada
no sería complicada en cuerpos de agua en los cuales
la presencia de corrientes es escasa o nula, sin embar-
go el SA-1 Fue diseñado para realizar el aForo en ríos,
con la presencia de corrientes. Esto se traduce en un
esFuerzo mayor, para lograr un buen control bajo las
circunstancias antes mencionadas. De igual Forma,
al dotar al SA-1 de una pequeña cámara submarina,
se logrará posicionar el vehículo en lugares en los
cuales no exista interFerencia natural que pudiese
aFectar, tanto en la toma de lecturas de velocidad,
como en la determinación de la proFundidad por
medio del ancla. La segunda etapa de investigación
comprende además, el desarrollo de un sensor de
molinete inalámbrico para evitar el uso de cables que
entorpezcan la operación del sistema.
El SA-1 se caracteriza también, por ser un sistema
±exible. Aunque está diseñado para transportar un
sensor de molinete, el sistema puede ser adaptado
para transportar otro tipo de equipo, ya sea sensores
para medir diversos parámetros del agua tales como
temperatura, pH, salinidad o bien una cámara cuya
misión sea la exploración submarina, vigilancia o
localización de objetos en lo proFundo del agua. El
vehículo también puede ser utilizado en inundaciones
realizando actividades de exploración. Lo anterior
es una gran ventaja con respecto a sistemas creados
exclusivamente para el aForo de cuerpos de agua. Este
equipo además posee la característica de desarmar-
se Fácilmente, tanto en sus partes mecánicas como
electrónicas, para ser transportado o almacenado. De
igual Forma, los materiales empleados en su construc-
ción garantizan un adecuado desempeño y resistencia
a impactos de magnitud moderada.
CONCLUSIONES
El SA-1 presenta un diseño optimizado. La ma-
nuFactura de las piezas no presentó problema alguno
de concentración de esFuerzos o fsuras. En cuanto
a los sistemas mecánicos, electrónicos y la interFaz
de usuario, se puede mencionar que éstos operan de
acuerdo con lo esperado.
El equipo presenta buena ±otación y resistencia
para ser volcado por el agua hacia un lado u otro, lo
que implica una adecuada estabilidad, de acuerdo
con los criterios descritos. Así mismo, el sistema
de aForo diseñado posee capacidad de maniobra y
estabilidad dinámica.
Los propulsores con los que cuenta el SA-1, son
capaces de desplazarlo con una velocidad máxima de
1 m/s, que se puede variar a voluntad del operador.
El ancla con la que cuenta el SA-1 realiza la
misma Función que el estadal que normalmente es
empleado junto con el sensor de molinete en medi-
ciones manuales para realizar las lecturas sin que se
presente mucha variabilidad en ellas.
Los modelos matemáticos desarrollados, muestran
que el SA-1 es un sistema que se puede ubicar en cual-
quier posición requerida para realizar operaciones de
aForo, sin la necesidad de algún otro sistema de trans-
porte, como es el caso de otros sistemas comerciales.
Los valores de incertidumbre encontrados en la
realización de las diversas mediciones de proFun-
didad usando el ancla como medio, son aceptables
y dependen, en buena medida, de un enrollamiento
correcto de las bobinas del cable de acero y de un
adecuado asentamiento del ancla.
²inalmente, se concluye que se obtuvo un nove-
doso dispositivo Fabricado con tecnología mexicana
para realizar el aForo de cuerpos de agua sin que el
ser humano entre en contacto con ella, reduciendo
de esta manera posibles riesgos a su salud.
AGRADECIMIENTOS
Los autores del presente artículo agradecen a la
Dirección General de Educación Superior Tecno-
lógica (DGEST, Número de proyecto 906.08-P) el
apoyo económico brindado para la realización de este
proyecto. También se agradece al Instituto Nacional
de Investigaciones Nucleares (particularmente al
Ing. David Contreras y al personal de talleres ge-
nerales) y al Instituto Tecnológico de Toluca (ITT),
las Facilidades otorgadas para la realización de esta
investigación. Carlos Eduardo Díaz Gutiérrez agra-
dece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología
(CONACyT) el fnanciamiento otorgado a través de
la beca 229234.
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