Diseño y Características de 'Mi Boya'

Llegar al diseño final de 'Mi Boya' tomo tres años. Primero, se tuvo que levantar la disponibilidad de equipos en el mercado, características, rendimiento, durabilidad, costos y las experiencias en otros ecosistemas instrumentados. Se seleccionó al gran fabricante global XYLEM Analytics Inc., el único capaz de combinar los equipos de punta más novedosos de las marcas líderes del mercado para crear sistemas innovadores personalizados conformes con los requerimientos de los usuarios. La intensa colaboración entre Sterling (XYLEM) y Lazzaro (IRD) resultó en el diseño siguiente, combinando lo mejor de las marcas líderes:

- Una plataforma-pontón de 3,6 x 2,0 m, más confortable para el mantenimiento que una boya esférica.

- Una estación meteorológica completa ultrasónica, sin piezas móviles.

- Una sonda multiparamétrica subacuática equipada de los captores clave para evaluar el nivel de eutrofización, montada en un perfilador vertical programable para caracterizar toda la columna de agua.

Nuestro análisis técnico y de costo/performance nos llevó a seleccionar la boya XYLEM HydroMet Profiler Pontoon/Raft de Polimater/BASEFLOW/XYLEM, con una estación meteo Vaisala 202133 digital sónica y una sonda multiparamétrica YSI EXO2 sumergible. Polimater/BASEFLOW es el proveedor oficial para América Latina de fabricantes renombrados, como YSI, Campbell, Vaisala, SonTek, WaterLOG, Aanderaa, entre otros. XYLEM Analytics es un importante ensamblador y fabricante mundial de marcas líderes del mercado, cuyo éxito se basa en la innovación y la aplicación dentro de los sectores del agua y las aguas residuales.

Tipos de boyas y equipos disponibles en el mercado internacional

Para seleccionar los modelos y marcas de la boya y de los sensores tanto meteorológicos como de calidad de agua se realizó una licitación de los equipos disponibles en el mercado internacional, comparando sus características técnicas y costos. Comparamos los equipos de las marcas líderes:

¿Que Parámetros mide 'Mi Boya'?

La estación meteo Vaisala 202133 está equipada con una suite de sensores sónicos todos digitales sin partes móviles. Mide 5 de los mas esenciales parámetros meteorológicos y la radiación solar:

- Velocidad (rango 0-60 m/s, tiempo de respuesta 0,25 s, variables disponibles: promedio, máximo y mínimo, precisión ± 3% a 10 m/s, resolución 0,1 m/s) y dirección del viento (azimut 0-360º, tiempo de respuesta 0,25 s, variables disponibles: promedio, máximo y mínimo, precisión ± 3,0º a 10 m/s);

- Duración (contando cada incremento de 10 segundos cada vez que se detecta una gota, resolución 10 s; granizo: cantidad acumulada de golpes contra la superficie de recolección, duración: contando cada incremento de 10 segundos cuando se detecta granizo, resolución 0,1 hits/cm2, 1 golpe) e intensidad de precipitación (acumulación acumulativa después del último reinicio automático o manual, ejecutando promedio de 1 min en pasos de 10 segundos, rango de observación 0-200 mm/h, resolución 0,1 mm/h, área de recolección 60 cm2, resolución de salida 0,01 mm, precisión mejor que 5% según el clima; intensidad: promedio de ejecución de 1 min en pasos de 10 s, resolución de granizo 0,1 hits/cm2h, 1 hit/h);

- Presión barométrica (rango 600 a 1100 hPa, precisión ± 0,6 hPa de 0 a +30ºC): La presión barométrica es el valor de presión atmosférica que se mide en un punto cualquiera por encima del nivel del mar.

- Humedad relativa (0 a 100% HR, precisión ± 3% de HR a 0-90% de HR, +5% de HR a 90-100% de HR): La humedad relativa (RH) es la relación entre la presión parcial del vapor de agua y la presión de vapor de equilibrio del agua a una temperatura dada.

- Temperatura del aire (-52º a +60ºC, precisión a +20 ºC ± 0,3ºC): La temperatura es un índice indicativo del calentamiento o enfriamiento del aire que resulta del intercambio de calor entre la atmósfera y la tierra.

- Radiación solar incidente mediante un sensor piranómetro Li-200 R (precisión 5%, típicamente < 3%, sensibilidad ± 1% de linealidad). : La radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, porque las ondas ultravioletas más cortas son absorbidas por los gases de la atmósfera.

La sonda multiparamétrica YSI EXO2 es la plataforma la mas avanzada para el monitoreo de la calidad de agua. Tiene un rango de profundidad de 0-250 m, una autonomía de 90 días con una frecuencia de adquisición de 15 min y una frecuencia de hasta 4 Hz. Alberga 7 puertos, 1 para el limpiador antifouling y 6 para sensores de:

- temperatura (precisión 0,001 mS/cm y resolución 0,0001 a 0,01 mS/cm): La conductividad eléctrica del agua también depende de la temperatura del agua: mientras más alta la temperatura, más alta sería la conductividad eléctrica. La Conductividad eléctrica del agua aumenta en un 2-3% para un aumento de 1 grado Celsius de la temperatura del agua

- >pH/ORP (rango -999 a 999 mV, precisión ± 20 mV, resolución 0,1 mV): El pH es una medida de acidez o alcalinidad que indica la cantidad de iones de hidrógeno presentes en una solución o sustancia. ORP es una medida para saber la capacidad de reducción y oxidación del material.

- clorofila-a y ficocianina (cianobacterias) combinadas en un solo sensor (rango 0 a 100 µg/L, resolución 0,01 µg/L): Las cianobacterias, antiguamente llamadas algas verdeazuladas, son un filo del dominio Bacteria que comprende las bacterias capaces de realizar fotosíntesis oxigénica. Son los únicos procariontes que llevan a cabo ese tipo de fotosíntesis, por ello también se les llamó oxifotobacterias.​

- fDOM (fluorescencia de la materia orgánica disuelta; proxy mas preciso que la CDOM, materia orgánica disuelta colorida) (rango 0 a 300 ppb QSU – Quinine Sulfate Equivalents, límite de detección 0,07 ppb QSU, resolución 0,01 ppb QSU): La Materia orgánica disuelta/Molécula orgánica disuelta proviene bien de la degradación de organismos muertos, o bien de la excreción de organismos vivos (plancton).

- DO óptico, oxígeno disuelto (rango 0 a 50 mg/L, precisión 0 a 20 mg/L ± 0,1 mg/L i.e. 0,1 % de lectura, y 20 a 50 mg/L ± 5% de lectura, resolución 0,01 mg/L): El oxigeno disuelto (OD) es la cantidad de oxigeno gaseoso que esta disuelto en el agua. El oxigeno libre es fundamental para la vida de los peces, plantas, algas, y otros organismos; por eso, desde siempre, se ha considerado como un indicador de la capacidad de un río para mantener la vida acuática.

- Turbidez (rango 0 a 4000 FNU, precisión 0-99 FNU con 0,3 FNU o ± 2% de lectura, 1000 a 4000 NFU con ± 5% de lectura, resolución 0-999 FNU = 0,01 NFU, 1000-4000 FNU = 0,1 FNU):La turbidez es una medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión; La turbidez puede impactar los ecosistemas acuáticos al afectar la fotosíntesis (limita el paso de la luz solar), respiración y la reproducción de la vida acuática.

¿Cómo Funciona 'Mi Boya'?

El pontón catamaran (tiene dos cascos) XYLEM es mucho mas estable de que una boya clásica en condiciones de ventarrones y holeadas, bastante frecuentes en el Lago Titicaca. Mismo en estas condiciones permite de trabajar a bordo, programar, calibrar y reparar equipos. Alberga 4 paneles solares orientados en distintas posiciones capaces de generar toda la energía eléctrica necesaria al funcionamiento permanente de los equipos, así como la estación meteo Vaisala sónica (sin piezas móviles) en la parte superior, y en el compartimento central el perfilador vertical (cable que se envuelve alrededor de un cabrestante) al cual esta suspensa la sonda multiparamétrica sumergible YSI EXO2.

Los datos generados por ambos sístemas de captores son almacenados en dos dataloggers Campbell CR1000(uno para la sonda multiparamétrica y el otro para la estación meteo), y transmitidos de manera inalámbrica via Internet mediante un modem Sierra Airlink. La frecuencia de adquisición de los datos así como la frecuencia del perfilado vertical son completamente programables, con mínimos de 5 min y 1 hora, respectivamente. El pontón esta equipado de un GPS Garmin 16X-HVS (alta sensibilidad, 12 canales, salida NMEA 0183) para detectar una eventual deriva vinculada, por ejemplo, a la ruptura de uno de sus dos amarres, así como de una pantalla de radar y baliza Carmanah M650 de luces LED de alta potencia de 4 millas de alcance para evitar las colisiones nocturnas. Varios software permiten de sincronizar los sensores entre ellos y programar la emisión de sus datos (LoggerNet), programar y analizar los datos perfilados (YSI Profile Wizard y firmware escrito personalizado CR1000 Turn Key System) y generar alertas automáticas en caso de superar unos valores de umbral.