MONTEVIDEO (Infoesfera) – Tres estudiantes de grado de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República desarrollaron una estación meteorológica con la finalidad de registrar variables ambientales y transmitirlas inalámbricamente a una plataforma de monitoreo, para de esa manera optimizar recursos y mejorar la gestión del riego en la agricultura.
El trabajo pudo ser visto en Ingeniería deMuestra, la feria que anualmente realiza la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República, donde se expone una parte de la investigación, el desarrollo tecnológico y la formación que se realizan en sus diferentes institutos y carreras.
El desarrollo de este proyecto, denominado Meteo, corresponde a la tesis de grado de Lucas Gavilanes, Nahuel Mesa y Milagros Ubbriaco, del Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Facultad.
Los estudiantes fueron orientados por Mariana Siniscalchi y Julia Azziz.
Necesidad de información
La disponibilidad de información meteorológica es un factor importante para mejorar el uso del agua en la agricultura y propender a una gestión eficiente de este recurso.
Conocer la temperatura, la humedad del aire, la radiación solar y la velocidad del viento permiten estimar cuánta agua pierden los cultivos hacia la atmósfera y, a partir de esa información, determinar sus necesidades de riego. Sin embargo, obtener mediciones representativas de las condiciones de cada terreno requiere contar con instrumentos instalados directamente en el lugar y capaces de funcionar durante períodos prolongados, con el consiguiente incremento de costos y las dificultades que esto acarrea.
En respuesta a esta necesidad, Gavilanes, Mesa y Ubbriaco desarrollaron una estación meteorológica autónoma, de bajo consumo y alimentada mediante energía solar, diseñada para registrar variables ambientales y transmitirlas de forma inalámbrica a una plataforma de monitoreo. Según expresaron los autores, con esta alternativa se procura ofrecer una opción modular y de bajo costo que permita obtener información meteorológica directamente en los entornos agrícolas, facilitando su utilización en aplicaciones relacionadas con la gestión del agua y la estimación de las necesidades de riego.
El equipo mide temperatura, humedad relativa, radiación solar y velocidad del viento. Las mediciones se envían de forma remota a una plataforma web, también desarrollada como parte del proyecto, desde donde es posible consultar los datos y supervisar el funcionamiento de la estación. Para conseguirlo, el dispositivo utiliza una tecnología de comunicación inalámbrica diseñada para transmitir pequeñas cantidades de información con un consumo energético reducido.
Gavilanes, Mesa y Ubbriaco destacan que uno de sus objetivos principales fue desarrollar una estación meteorológica capaz de funcionar de manera completamente autónoma, sin necesidad de conectarse a la red eléctrica. Para ello, se incorporó una batería recargable de 2500 mAh que alimenta todo el sistema y un panel solar de 2 W que permite recuperar la energía almacenada durante las horas de luz. De esta manera, la estación puede operar de forma independiente de la infraestructura eléctrica convencional. Además, se diseñó y fabricó una placa electrónica propia para integrar los distintos componentes y gestionar la energía obtenida del panel.
El proyecto también incluyó el desarrollo de un sistema para aprovechar de manera eficiente la energía solar disponible. Este sistema permite modificar las condiciones eléctricas de funcionamiento del panel para intentar extraer la mayor cantidad de energía posible. Se evaluaron distintas configuraciones y estrategias de control para determinar cuál ofrecía mejores resultados en la energía efectivamente disponible para cargar la batería.
Los ensayos permitieron identificar diferencias importantes entre las alternativas estudiadas. Se comprobó que extraer una mayor cantidad de energía del panel solar no necesariamente implica aprovecharla mejor, ya que las pérdidas durante el proceso de conversión pueden reducir la energía que finalmente llega a la batería. En las condiciones evaluadas, la conexión directa entre el panel solar y el cargador de batería presentó el mejor desempeño. Estos resultados permitieron identificar la configuración más conveniente para el prototipo y establecer criterios para optimizar futuras versiones del sistema.
También se realizaron pruebas para determinar cuánto tiempo podía funcionar la estación sin recibir energía del panel solar. En uno de los ensayos, el prototipo permaneció operativo durante 2 días, 4 horas y 15 minutos utilizando exclusivamente la energía almacenada en su batería, sin conexión a la red eléctrica. El resultado fue cercano a la autonomía prevista mediante los cálculos realizados durante el diseño.
Los análisis de consumo también permitieron identificar oportunidades de mejora. Una parte importante de la energía utilizada corresponde a circuitos auxiliares de la placa de desarrollo empleada para construir el prototipo. Los cálculos indican que, con una batería de las mismas características, una futura versión que prescinda de esos circuitos podría alcanzar una autonomía teórica superior a los 85 días, dependiendo de la frecuencia con la que se realicen las mediciones y se transmitan los datos.
Profundizar en los ensayos
Si bien los resultados confirman la capacidad del equipo para medir variables meteorológicas, transmitir información y funcionar de manera autónoma durante períodos prolongados, todavía es necesario profundizar en los ensayos de generación solar. Las pruebas realizadas estuvieron condicionadas por la disponibilidad de radiación durante los períodos de evaluación, por lo que se plantea continuar con mediciones más extensas y bajo condiciones ambientales controladas.
El desarrollo constituye una primera etapa hacia la construcción de estaciones meteorológicas autónomas que puedan instalarse en distintos entornos agrícolas y proporcionar información local para mejorar la toma de decisiones sobre el uso del agua.
Como resultado adicional, se generaron los diseños electrónicos, el código de funcionamiento y el software de monitoreo, disponibles públicamente en un repositorio de GitLab.
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