Contribución al campo del IoT mediante el desarrollo de sensores inteligentes basados en espectrofotometría de longitud de onda variableaplicación a la monitorización en continuo de la carga contaminante en aguas residuales urbanas

Resumen

Resumen de la tesis: Conocer la evolución de la carga contaminante de la red de saneamiento es clave para un control más fehaciente de la misma, especialmente durante episodios de lluvia intensa debido al riesgo de desbordamiento de la red, lo que puede implicar el vertido de una alta concentración de contaminantes al medio receptor. Tradicionalmente, el estudio de la evolución de la carga contaminante es llevado a cabo mediante la toma de muestras puntuales que son analizadas en laboratorio, lo que imposibilita llevar a cabo una monitorización en tiempo real. No obstante, en las últimas décadas se han llevado a cabo diversos estudios que ponen de manifiesto la capacidad de caracterizar ciertos parámetros contaminantes a partir de mediciones indirectas, basadas en la espectroscopia de absorción molecular, como es el caso de un espectrofotómetro para un rango amplio de longitudes de onda o de un medidor de turbidez para una única longitud de onda. Actualmente ya se están comercializando equipos que por medio de un análisis espectrofotométrico basado en lámparas de xenón, estiman ciertos parámetros de contaminación como la DQO o la concentración de nutrientes sin necesidad de reactivos o pretratamientos. A pesar del avance que este tipo de sistemas representan, el uso de lámparas halógenas o de xénon para la generación del espectro de trabajo puede representar también una limitación a la hora de desarrollar equipos de bajo coste, dimensiones y consumo que puedan operar de forma autónoma en la red. La presente tesis doctoral, realizada en colaboración con la empresa HIDROGEA gracias a una beca para la Formación del Personal Investigador (FPI) de la Fundación Séneca, se centra en el diseño e implementación de una nueva generación de equipos inteligentes basados en espectrofotometría LED, para el análisis en tiempo real de una amplia variedad de parámetros contaminantes presentes en las aguas residuales que recorren las redes de saneamiento, mediante diversos modelos de estimación. Esto se ha concretado en el desarrollo de dos equipos de bajo coste, uno para su uso en laboratorio, el cual se ha denominado Espectrofotómetro Desktop, y otro para su uso en la red de saneamiento, como un equipo autónomo capaz de llevar a cabo la adquisición, caracterización, almacenamiento y envío de la información de las muestras de agua en un corto periodo de tiempo a la nube. Además, se han calculado diversos modelos matemáticos para la estimación de la DQO, DBO5, SST, P, NT, NO3−N a partir de la respuesta espectral de las muestras, con una alta precisión y sin necesidad de químicos o pretratamientos. Se trata de una tesis con un enfoque multidisciplinar, desarrollada bajo la supervisión de dos grupos de investigación de la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT). Por una parte, la División de Innovación en Sistemas Telemáticos y Tecnología Electrónica (DINTEL) y por otra, el grupo de investigación en Ingeniería Hidráulica Marítima y Medio Ambiental (Hidr@m) de la UPCT, que desarrolla su trabajo en la investigación aplicada en sistemas de abastecimiento y saneamiento y, en especial, en el estudio del transporte de contaminantes así como la monitorización y el estudio de las medidas de remediación en redes de saneamiento. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/