Propuesta de tecnología implementable en flotadores para la medición de trayectorias de flujo en desembocaduras

Abstract

El cambio climático ha impuesto desafíos en la ingeniería hidráulica en términos de modelación y pronóstico de los comportamientos e interacción de los sistemas rio-oleaje. En la zona central de Chile se ha enfrentado una sequía que ha afectado la magnitud de los caudales de los ríos tanto en su desarrollo como en sus desembocaduras. Para comprender y modelar estos comportamientos es necesario tener datos que permitan definir las trayectorias de flujo del agua y así ajustar los parámetros de los modelos; estos, en variedad de investigaciones, se han conseguido incorporando un dispositivo GPS en un flotador que más tarde se libera y luego se recoge con la información. Este método presenta limitaciones, por ejemplo, si el dispositivo falla y se hunde o si se extravía, se pierde el dispositivo con los datos y la inversión. Existen soluciones más sofisticadas de GPS que transmiten información en tiempo real, sin embargo, su implementación resulta muy costosa. Por lo tanto, existe una brecha en los costos y en el diseño. Este trabajo tiene como propósito definir un diseño electrónico, es decir, de hardware y firmware de fácil implementación y de bajo costo para medir trayectorias de flujo de agua en desembocaduras. Se definió Arduino como la familia de microcontroladores a utilizar, en particular su modelo Arduino Nano; para el módulo de posicionamiento se escogió el GPS u-blox NEO-6M; para la transmisión de datos se utilizó el módulo LoRa Ebyte E32, por lo que no se depende de internet ni infraestructura celular comercial; y para la salvaguarda de los datos recolectados se utiliza un módulo de tarjeta microSD. Una vez seleccionados los módulos y tecnologías fundamentales se comenzó el proceso de ensamblaje y validación del prototipo, donde se encontraron dos fallas críticas. La primera, a nivel de alimentación, donde se encontró que Arduino Nano, pese a tener los pines suficientes, no tenía la estabilidad para alimentar los periféricos al mismo tiempo. Por ello se incorporó (...). Climate change has imposed significant challenges on hydraulic engineering regarding the modeling and forecasting of the behavior and interaction of river-wave systems. Central Chile has faced a severe drought that has altered river flow magnitudes, affecting both their development and their mouths. To understand and model these dynamics, empirical data is required to define water flow trajectories and calibrate model parameters. In various studies, these datasets have been gathered by embedding a GPS receiver inside a drifter, which is deployed and subsequently recovered to retrieve the information. However, this methodology presents critical limitations: if the device fails and sinks, or if it gets lost by drift, both the accumulated data and the financial investment are lost. Although more sophisticated real-time tracking solutions exist, their implementation remains cost-prohibitive given the risk of losing the asset. Consequently, a gap exists in both cost and technological design. To address this breach, this work focuses on developing a low-cost, easy-to-implement electronic system encompassing hardware and firmware to measure water flow trajectories at river mouths. The selected architecture is based on the Arduino microcontroller family, specifically the Arduino Nano model. This is integrated with a u-blox NEO-6M GPS positioning module, an Ebyte E32 LoRa radio frequency transceiver establishing an autonomous point-to-point link independent of internet or commercial cellular infrastructure and a MicroSD card module for local data backup. Following component selection, the prototype assembly and validation phase revealed two critical failures. The first, regarding power supply, showed that Arduino Nano lacked electrical stability to power all peripherals simultaneously. To solve this (...).