UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
U.A.E.H
INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA
I.C.B.I
Ing. Electrónica y telecomunicaciones
Nombre del Alumno:
Oscar Quintana Lozano
Director de Tesis:
M. en C. Lázaro Raymundo Reyes Gutiérrez
Profesor _ investigador
Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra
Área académica de Hidrogeología
Diseño de sonda multípara _ métrica para calidad del agua, en pozos someros y profundos
- Análisis de Circuitos electrónicos.
- Electrónica Analógica.
- Electrónica Digital.
- Electrónica de Potencia.
- Transmisión de Datos.
- Microcontroladores.
- Principios de Química y Física básica
Unidad de observación
La calidad del agua en los pozos someros* y profundos que se encuentran distribuidos en la ciudad de Pachuca de Soto estado de Hidalgo.
Unidad de análisis
Estudio de las características físicas y químicas del agua en pozos de la ciudad de Pachuca de Soto estado de Hidalgo, para determinar mediante el diseño de una sonda multípara métrica.
Problema de Investigación
Situación
Las sondas multípara _ métricas para medición de parámetros de calidad del agua han variado a la par con las innovaciones fisicoquímicas en el área de investigación de la hidrogeología, lo anterior de acuerdo a las investigaciones y necesidades de la materia en ciencias de la tierra.
El agua al caer como lluvia por enfriamiento de las nubes arrastra impurezas del aire. Al circular por la superficie o al infiltrarse en el subsuelo, se le añaden otros contaminantes, la alteración de la roca parental o la disolución de los terrenos, como calizas, calizas dolomíticas, yeso, anhidrita, sal, aportan elementos como cloruro potásico, silicatos, nitratos, hierro, potasio, cloruros, fluoruros, así como materias orgánicas.
Desde las primeras excavaciones para la construcción de pozos profundos, tanto en nuestro país como en el mundo, los geofísicos mantienen un estándar para identificar el grado de contaminación del agua, los indicadores que permiten identificar de forma inmediata la pureza o contaminación del agua, son generados por distintos contaminantes de origen natural o antropogénico que se encuentran en el agua subterránea, como son:
-- La temperatura
-- La conductividad
-- La profundidad a la que se encuentra el nivel del agua
-- El grado de acides o basicidad que tiene una sustancia (PH)
-- La claridad del agua.
Anteriormente las mediciones se realizaban de manera muy precaria y en condiciones poco ortodoxas, para la medición de la profundidad se empleaba un cable o cinta graduada conductores, a los que en su extremo se le añadía un electrodo y en el origen, sobre la superficie del terreno, se montaba un manómetro (o voltímetro) el cual por medio de la presión (o voltaje) que se producción a medida en que aumentaba la profundidad del pozo es como se obtenía la medición falible de la profundidad.
[Jonson División, 1975)]
En el caso de la temperatura, la conductividad, el pH y la claridad del agua, se tenía que tomar una muestra del liquido, la cual tenía que ser enviada a un laboratorio para posteriormente analizarla con métodos fisicoquímicos para obtener las mediciones correspondientes del agua y así poder evaluar y determinar conforme a los indicadores o estándares locales o internacionales correspondientes de la calidad del liquido. Con la llegada de los sistemas electrónicos contemporáneos, la modernización de los sensores se limita a la medición de estos indicadores por separado, es decir, miden los parámetros de temperatura-conductividad ó conductividad-pH y nivel del agua. Dado el avance científico tecnológico, estos sensores pueden registrar lecturas con un error del 1%, es decir son muy confiables las mediciones, por el material con el que han sido construidos.
Para el sensor de conductividad eléctrica, los materiales varían de acuerdo a la fiabilidad con el que se pretende obtener la medición, los sensores están constituidos por electrodos de platino, grafito o cualquier metal conductor; que al tener contacto con el agua cierran el circuito (la polaridad o tierra física que contiene tanto el agua subterránea como el material geológico donde se almacena), el cual envía una corriente hacia una carga, como puede ser una bocina o un simple indicador de luz, lo cual revela que se detecto la profundidad del nivel del agua y realiza las mediciones correspondientes para las que a sido programado. [Romero, 1999]
Dentro del Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra del Área Académica de Hidrogeología adscrito a la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, se encarga del estudio de las leyes que gobiernan el movimiento del agua subterránea, su ocurrencia y almacenamiento, sus recargas y descargas, la interacción mecánica, química y termal de esta agua con el medio poroso circundante, el transporte de energía y de los constituyentes químicos por el flujo, así como la utilización y conservación de la misma. Sin embargo, no ha existido algún instrumento de medición que registre los indicadores que se necesitan para interpretar la calidad del agua en los pozos profundos de la región o del área geográfica de investigación en la cual se encuentren trabajando, la forma en que se registran las mediciones se efectúan de manera manual, la profundidad se realiza con una sonda a base de una cinta graduada, la cual lleva el electrodo del instrumento de medición que han adquirido manufacturado, las otras mediciones se realizan mediante la toma de muestras de agua y se envían a laboratorios particulares certificados.
Problema de Investigación:
El sensor que se pretende realizar solo registrara los indicadores de temperatura (°C), conductividad eléctrica (mS/cm.) y profundidad del agua (m), debido a las limitantes del perfil de la carrera a la cual pertenecemos. El sensor registrara las mediciones lo más exactas posible (1% de presición), pero la interpretación de estos registros serán desarrollados por los geofísicos o personas competentes en la materia, debido a las necesidades de conocimiento más profundo en el área de la hidrogeología para su interpretación de nuestra parte. En el caso del nivel de pH es muy probable que se tengan que medir por métodos distantes a lo electrónico-eléctrico, aunque cabe la posibilidad de poder efectuar la medición por medio de la obtención de la conductividad. En tanto que la claridad del agua se turnara a la persona que esté realizando el muestreo y que tenga la necesidad de visualizar físicamente la claridad del liquido que se esté analizando.
Pregunta de investigación:
¿Cómo poder garantizar la eficacia de la sonda multípara _ métrica en las mediciones insitu, disminuyendo el error cuantitativo de los sensores y circuitos empleados?
Objetivos generales
Obtener la medición simultánea de diferentes parámetros de las propiedades fisicoquímicos del agua subterránea mediante una sonda multípara métrica con almacenamiento en memoria de los datos registrados.
La realización de esté proyecto pretende disminuir el error en las mediciones básicamente de tres parámetros fisicoquímicos de los indicadores de la calidad del agua, así como la profundidad del nivel piezométrico* mediante una sonda que se baje a través del pozo hasta alcanzar el nivel del agua subterránea donde efectuara las mediciones. Para lograr dicho objetivo las mediciones serán de in situ, es decir se detectará, analizará, muestreará y registrara a en el lugar (pozo) en que se estén realizando las mediciones.
Las mediciones serán registradas analógicamente, convirtiéndolas y mostrándolas digitalmente mediante un transductor apropiado para aumentar la eficacia y eficiencia de la medición.
La realización física de la sonda multípara métrica, se ha pensado para su aplicación mediática en la medición de la calidad del agua en pozos profundos de nuestra región geográfica y para su empleo de facto de dicha sonda en el estudio de la calidad del agua para el Centro de investigaciones en ciencias de la tierra Área académica de hidrogeología de la UAEH
Objetivos particulares
- Diseñar una sonda multípara métrica.
- Definir el sensor más apropiado para la medición de cada uno de los parámetros.
- Minimizar el error de medición al 1%.
- Lograr la multifuncionalidad del uso de las sondas tradicionales para la medición de niveles del agua.
- Reducir los costos en la obtención de parámetros fisicoquímicos, y de la sonda en especifico.
Justificación
El cuerpo humano esta constituido en un 75% por agua y el 90% de la población del Estado de Hidalgo se abastece principalmente de agua subterránea y en particular, en el municipio de Pachuca, capital del mismo, el nivel del agua oscila entre los 120 y 180 metros de profundidad, de manera que su necesidad de obtener este vital liquido para diversos usos de los pozos profundos requiere que se mida el grado de potabilidad del agua, pretendiendo conocer el nivel de contaminación de este liquido por distintos agentes contaminantes, naturales o antropogénicos, como los químicos empleados para el ataque a las plagas los distintos fertilizantes industriales que se utilizan para el cultivo o tratamiento de la tierra en zonas agrícolas, las descargas de aguas residuales vertidas sin ningún tratamiento a los causes naturales o canales, además los pozos están compuestos en su gran mayoría por metales que se oxidan y desprenden sustancias que se mezclan con el agua, o los minerales que se encuentran en el subsuelo. Todos estos factores contribuyen a alterar el grado de pureza de este líquido. Por consiguiente pretendemos realizar, con los conocimientos adquiridos tanto electrónicos como en la rama de las telecomunicaciones, una sonda multípara métrica que aporte beneficios tanto a la investigación del recurso hídrico como a la sociedad civil en general en el ámbito de la calidad del agua en pozos profundos de la región.
Reflexión
Esté es nuestro fin en sí, contribuir de manera directa a la sociedad civil, debido a que los conocimientos adquiridos en la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, siendo esta pública, es mi deber moral retribuir los impuestos con los que la sociedad subsidio mis estudios, no encuentro otra manera mas directa que aplicar mis estudios a un problema en la comunidad.
Hipótesis
Comprobar que con una sonda multípara _ métrica es posible obtener y analizar muestras in situ de las propiedades físico-químicas del agua en pozos profundos y someros y por lo tanto reducir el error de medición. Para estudio de la calidad del agua y de los distintos contaminantes de origen natural o antropogénico, reduciendo costos y tiempos de muestreo así como la deflación del porcentaje de error de la información obtenida.
Comprobación de hipótesis
De acuerdo al planteamiento de nuestra hipótesis es posible determinar la técnica de comprobación de dicho planteamiento. El esbozo es en base a que se desean comparar distintas mediciones de calidad agua en distintos pozos medidos previo al estudio, con las mediciones efectuadas por la sonda multípara métrica propuesta, y así poder determinar si es posible obtener mediciones correctas en un porcentaje mínimo de error.
Es por eso que proponemos el ANÁLISIS DE VARIANZA (ANOVA), como técnica para comprobación de la hipótesis propuesta, por las razones personales del proyecto expuesto y por las siguientes características que satisfacen la necesidad de comprobación de la hipótesis propuesta para el desarrollo de tesis.
Análisis de varianza
En estadística, análisis de varianza (ANOVA, según terminología inglesa) es una colección de modelos estadísticos y sus procedimientos asociados. El análisis de varianza sirve para comparar si los valores de un conjunto de datos numéricos son significativamente distintos a los valores de otro o más conjuntos de datos. El procedimiento para comparar estos valores está basado en la varianza global observada en los grupos de datos numéricos a comparar. Típicamente, el análisis de varianza se utiliza para asociar una probabilidad a la conclusión de que la media de un grupo de puntuaciones es distinta de la media de otro grupo de puntuaciones.
Supuestos previos
El ANOVA parte de algunos supuestos que han de cumplirse:
La variable dependiente debe medirse al menos a nivel de intervalo.
Independencia de las observaciones.
La distribución de la variable dependiente debe ser normal.
Homocedasticidad: homogeneidad de las varianzas.
El análisis de varianza lleva a la realización de pruebas de significación estadística, usando la denominada distribución F de Snedecor. (6)
Conclusión
Se ha podido constatar que existe una relación entre materia y materiales, ya que mi propuesta de tesis aplica todos y cada uno de los conocimientos adquiridos de la licenciatura en Ing., en Electrónica y Telecomunicaciones orientados a las necesidades de la hidrogeología, que aunque no es mi campo inmediato de acción, se puede modernizar y patentizar nuevas tecnologías dirigidas al área de investigación y a la solución de un problema social como es la contaminación del agua.
Los geólogos emplean métodos químicos y físicos para analizar la conductividad, ph, temperatura etc., de manera a análoga, mientras que la ingeniería nos da las herramientas para digitalizar (modernizar), el método con el que se analizara dichos términos.
La revolución de la tecnología limita cada vez menos el accionar de los seres humanos, reduciendo la mortalidad, comunicando a la raza humana de forma que antes era impensable, haciendo cumplir el sueño de ICARO “volar”, es decir, existen las condiciones objetivas para garantizar un nivel de vida aceptable, con el uso de los sensores electrónicos, los microcontroladores etc., es posible diseñar e implementar una sonda multípara _ métrica de bajo costo que analice e identifique el grado y contaminantes de los pozos que almacenan y suministran ese liquido vital para el hombre, el agua…
Bibliografía
(1) El agua subterránea y los pozos 1era. Edición 1975, Jonson Division, UOP inc. Saint Paul, Minesota 55165.
(2) Calidad del agua 2da. Edición, Jairo Alberto Romero Rojas, edit Alfaomega, 1984, paginas: 279-355.
(6) http://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_de_varianza
Glosario
Somero, ra
1.- adj. Ligero, superficial:análisis somero.
2.- Casi encima o muy inmediato a la superficie.
Pozzo piezometrico. Es un pozo vertical.
“El fraude de la derecha es moralmente imposible e inaceptable, sufragio efectivo no imposición”.
