Proyectos de Investigación Básica o Aplicada en Ingenierías y Ciencias Biomédicas, 2018-1
Marcelo Matias Huayna Aguilar; Antonio Manuel Dos Santos Pascoal; Luis Augusto Lau Shigyo; Eduardo Rodriguez Canales; Pablo Raul Yanyachi Aco Cardenas; Juan Carlos Cutipa Luque; Jose Alfredo Herrera Quispe
Objetivo
Diseñar un vehículo de superficie no tripulado capaz de tomar muestras de calidad de agua en lagunas y desembocaduras aledañas a yacimientos mineros.
Resumen:
El objetivo de este proyecto de investigación aplicada es desarrollar una embarcación tipo USV (Unmanned Surface Vehicle) EDSON J (Enhanced Dynamics for Supervision of Oceans and Nature class J)capaz de realizar el monitoreo de la calidad de agua en zonas vulnerables a la contaminación por metales pesados (lagunas y desembocaduras) producto de la actividad minera en la región Arequipa. Para alcanzar el objetivo propuesto, se ha dimensionado el proyecto en cuatro etapas respectivas. La primera etapa corresponde al proyecto estructural y construcción del vehículo de acuerdo a las condiciones ambientales propias de la zona. Para la obtención del modelo se usarán métodos numéricos basados en elementos finitos y pruebas experimentales. La segunda etapa corresponde al desarrollo del sistema de navegación del vehículo no tripulado, basado en sensores inerciales. Métodos basados en el filtro de Kalman y en algoritmos de estimación avanzados serán propuestos. La tercera etapa corresponde al desarrollo de un sistema de control robusto capaz de controlar las dinámicas, garantizar buena maniobrabilidad, sin comprometer la estabilidad del USV. Esta etapa incluye el desarrollo de un sistema informático para monitoreo remoto de la posición y la orientación de la embarcación. La cuarta y última etapa corresponde a la implementación de una sonda de instrumentación embebida en el vehículo la cual sea capaz de medir parámetros de calidad en el agua. Ésta etapa incluye las pruebas finales de navegación y control del vehículo, además de los resultados experimentales en las mediciones de calidad de agua en las zonas de prueba.
Palabras clave
Vehículo acuático no tripulado, Sistema NGC (Navigation, Guidance and Control), Contaminación Acuífera, Microcomputadores.
Problema central
Los yacimientos mineros requieren de grandes cantidades de agua, las cuales suelen ser tomadas de lagunas o ríos aledaños. Al ser estos recursos hídricos esenciales para la conservación del ecosistema local, además de asegurar la calidad de vida de la población, se hace necesario su constante monitoreo para comprobar que cumplan con los estándares ambientales internacionales exigidos. En la región Arequipa se han comprobado casos de contaminación en reservas hídricas, como lagunas, ríos y desembocaduras, producto de la actividad minera: esto comprende la gran minería, la minería no reglamentada y otros. Es por ello que el uso de vehículos de superficie no tripulados (USVs, Unmanned Surface Vehícles) se vuelve una propuesta viable debido a su reducido costo de operación y de mantenimiento. No se ha encontrado evidencia del desarrollo de algoritmos de control y navegación para USVs aplicados a la actividad minera.
Hipótesis planteada
Es posible desarrollar un USV con dinámicas, maniobrabilidad y control adecuadas para realizar misiones de colecta de muestras de calidad de agua de lagunas y desembocaduras aledañas a yacimientos mineros de la región.
Resultados esperados
1. Un vehículo no tripulado con diseño propio y optimizado para operar en condiciones ambientales típicas de las lagunas y las desembocaduras aledañas a yacimientos mineros.
2. Un sistema de navegación avanzado que pueda entregar un mayor numero de variables relacionadas con la dinámica de los vehículos.
3. Un sistema de control robusto sintonizado de acuerdo a las dinámicas del USV.
4. Medición de parámetros de calidad de agua de una laguna especifica con sonda de instrumentación embebida en la embarcación.
5. Publicación de los resultados en dos (02) artículos en revistas indizadas en base SCOPUS o WEB OF SCIENCE.
6. Investigador Junior Titulado por opción de artículo publicado.
7. Docentes UNSA con publicación en revistas indizadas en la base Scopus o Web ofíciense opción a calificar o mantenerse como REGINA.
8. Ponencias de los resultados intermedios o finales de la investigación presentadas en eventos científicos de nivel internacional o nacional.
Impactos esperados
Económicos. Como se especificó en la problemática, el monitoreo permanente de zonas acuíferas vulnerables a la contaminación por metales pesados producto de la actividad minera haciendo uso de embarcaciones tripuladas es inviable ya que el costo de operación de estas embarcaciones es alto y se necesita un personal dedicado a tiempo completo para realizar la labor. Ante este problema, el desarrollo de un vehículo acuático no tripulado abarataría el costo de operación, además por su autonomía sería monitoreado desde una estación remota reduciendo así el recurso humano necesario para la operación
Sociales. Un elemento esencial para asegurar la calidad de vida de una población local es la calidad del agua que consumen, además estos recursos hídricos son usados para actividades como el riego y la pesca necesarias para la supervivencia de la población. Es por ello que el desarrollo de un vehículo no tripulado para el monitoreo permanente de la calidad del agua en las regiones vulnerables a la contaminación tendría un impacto directo en la calidad de vida en las poblaciones aledañas a estas regiones.
Ambientales. La actividad minera, que ha visto un crecimiento en los últimos años, no ha podido eliminar totalmente hasta ahora su impacto en los recursos ambientales (agua, suelo y aire), haciendo por ello imperativo el monitoreo permanente de estos recursos. El desarrollo este vehículo acuático no tripulado podría lograr este objetivo ofreciendo información vital sobre la calidad de agua en zonas vulnerables, para así poder desarrollar otras estrategias de prevención para evitar la contaminación de las mismas.