DESARROLLO DE SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN INTELIGENTE PARA EL MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AGUA Y AIRE

Abstract

Nuestra salud y calidad de vida tienen una relación directa con la salud y cuidado del medio en que vivimos. Los riesgos ambientales ligados al aire, el agua y los productos químicos provocan millones de muertes de personas al año, siendo la mayoría de estas muertes en países en desarrollo de Asia, África y América Latina, donde la contaminación ambiental produce un grave problema sanitario. El problema de la contaminación en México se debe sobre todo a la falta de estándares de control apropiados, datos no actualizados y en la mayoría de las veces la nula información a la población para evitar los posibles riesgos en la salud. Además, se puede observar que las normas oficiales mexicanas respecto a los límites de elementos contaminantes ambientales no están actualizadas y son bastante permisivas en comparación a las recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud. Por tal motivo, en la actualidad resulta necesario la implementación de novedosas estrategias y métodos para optimizar la medición de variables y parámetros ambientales y de calidad del agua. En este trabajo de tesis, se han desarrollado sistemas de instrumentación inteligente que permiten llevar a cabo mediciones in-situ, on-line y en tiempo real con alta selectividad, sensibilidad y de manera autónoma. Para el monitoreo de calidad del agua, se desarrollaron microanalizadores para aplicaciones en Lab-on-a-Chip con sistemas de detección basados en métodos espectrofotométricos. Las estructuras microfluidicas fueron fabricadas mediante la tecnología LTCC (Low-Temperature-Co-fired-Ceramics) y la tecnología de manufactura aditiva FDM (Fused Deposition Modeling) conocida también como impresión 3D. El sistema de detección óptica y el sistema de fluidos se integraron modularmente a los microanalizadores y se controlaron mediante comunicación inalámbrica. Para la gestión de los fluidos se desarrolló un sistema xii de flujo implementado con microactuadores, el cual es operado por un sistema de automatización de los procesos analítico y autocalibración, logrando un grado de automia y portabilidad. A partir de la miniaturización, simplificación y automatización se proponen nuevos métodos para la medición analítica. Para el monitoreo de la calidad del aire, se desarrolló un sistema inteligente multisensor. El sistema utiliza un vehículo aéreo no tripulado UAV (Unmanned Aerial Vehicle) y comunicación inalámbrica como una altenativa para mediciones atmosféricas remotas e in-situ. La instrumentación fue integrada modularmente como un nodo sensor para la medición de concentraciones de monóxido de carbón (CO), dióxido de nitrógeno (NO2), amoniaco (NH3), dióxido de sulfuro (SO2), y partículas suspendidas PM10 y PM2.5. El diseño del sistema de instrumentación fue desarrollado bajo las siguientes restricciones: bajo peso, diseño compacto y bajo consumo de potencia. La integración de este dispositivo multisensor, UAV y comunicación inalambrica como un solo sistema, agrega una flexibilidad adicional a las estaciones de monitoreo actualmente fijas. Los resultados obtenidos por estos sistemas de instrumentación y métodos de medición no han sido reportados en la literatura. Los sistemas de instrumentación aquí propuestos, lograron la medición de 5 componentes en agua, entre ellos el cobalto Co y el fluor F, así como también se monitorearon 6 contaminantes en el aire y la medición de 3 parámetros meteorológicos a diferentes alturas. Los resultados fueron contrastados con los obtenidos mediante equipos e instrumentos complejos, robustos y costosos.