Autores: César Sánchez Ocampo, Judith Marisela Paz Delgadillo, Gustavo López Badilla.
RESUMEN
El presente artículo presenta los resultados de una investigación con el diseño e implementación de sistemas de control automatizados (SCA) para concientizar en el cuidado del agua y con ello mantener el vital líquido necesario a un costo menor para las actividades humanas realizadas en la ciudad y valle de Mexicali, México. Esto se realiza en actividades de riego de áreas verdes y agricultura para evitar derrames y pérdidas del vital líquido y conservar el ecosistema en esta región del país.
PALABRAS CLAVE: Ecosistemas, competitividad, industrial, corrosión, equipo, ahorro, agua.
INTRODUCCIÓN
Los incrementos en el consumo de agua y electricidad en la zona noroeste de la República Mexicana se deben a la presencia de incrementos de humedad relativa (HR) y temperatura aun cuando sean índices menores de 1% o 5% y de 1° C a 2° C. Esto afecta a ciertas operaciones en industrias de esta región debido a que se requiere mantener climas controlados en los interiores de la industria electrónica y con ello se mantienen encendidos los equipos de aire acondicionado con mayor frecuencia en los meses de mayo a agosto. Este tipo de actividades se realizan para evitar la presencia del fenómeno electroquímico que daña rápidamente los equipos y maquinaria industrial y productos fabricados.
El gasto generado por el uso frecuente de los equipos de aire acondicionado y los altos costos por consumo de electricidad en esta región, llevan a las empresas a replantear sus gastos. Esto causa que los niveles de productividad a veces no sean los óptimos y con ello los índices de competitividad disminuyan en la industria electrónica de esta zona del país, Además, al reducirse los niveles de agua, el costo del vital líquido se incrementa y esto repercute en la industria electrónica y de cualquier otro ramo de la región.
El Río Colorado.
El Rio Colorado (RC) proviene del estado de Colorado, nace de las Montañas Rocosas de Colorado en la zona central de los Estados Unidos (E. U.) y suministra agua a gran parte del suroeste de los E. U. (Colorado, Utah, Nevada, California y Arizona) y al noroeste de México (Baja California y Sonora). El RC mide 2 500 km (Reyes, Guerra y Ramírez, 2006), siendo un proveedor importante a los hábitats de esta región, y el único en algunas zonas de ambos países. Los principales entornos ambientales de esta región son llanuras, montañas y zonas desérticas, con más de 400 especies de flora. Hábitat de especies de peces, reptiles, anfibios, aves, roedores y mamíferos (Aguirre y Torres, 2007).
Las principales actividades que se desarrollan en estos ecosistemas son la agricultura y la ganadería, caza de fauna, operaciones de geotermia para suministro de electricidad a las grandes urbes y suburbios de la región, acuicultura, pesca y ecoturismo. La central geotérmica es una fuente principal de suministro eléctrico al valle y ciudad de Mexicali, además de ciudades de E. U. como Calexico, El Centro y Brawley, pero que contamina el RC por sus desechos químicos.
El caudal del RC ha disminuido en los últimos 10 años, causando cambios hidrodinámicos en las cuencas bajas, lo que preocupa a especialistas ambientales, autoridades de gobierno y poblaciones. La causa, el uso desproporcionado de suelos para nuevos asentamientos humanos, modificando su entorno con operaciones industriales y agrícolas que salinizan los mantos acuíferos y degradan los suelos por causas naturales, como el fenómeno de erosión (Lozano y Romo, 2003).
La ciudad de Mexicali es propensa a problemas con el agua en el futuro por el proceso de recubrimiento del Canal Todo Americano (CTA), que es un ramal del RC. El RC provee de agua al valle para operaciones agrícolas y a la ciudad para actividades industriales, domésticas, comerciales y gubernamentales de Mexicali.
Es por esto la necesidad de realizar estudios en esta zona del país, que conlleven a evaluar la posibilidad de utilizar los SCA básicos de bajo costo (menor a los 100 pesos mexicanos) y fácil de fabricar y operar, para ahorrar agua en las operaciones de esta ciudad y su valle.
Aplicar el revestimiento al CTA representa colocar una estructura en forma de placa en las áreas de California por donde fluye el agua. Esto puede generar su disminución en pozos del valle de Mexicali.
Los costos por usar el agua.
El deterioro de los ecosistemas a nivel mundial ha originado desequilibrio en todas las regiones del mundo al presentarse variaciones en los factores climáticos. Esto es debido a emisión de contaminantes al aire, agua y suelo; la tala de bosques que generan zonas desérticas y despobladas por falta de recursos naturales para la sobrevivencia. Aunado al inadecuado uso del agua en algunas regiones del mundo.
La falta de agua origina mayor gasto para transpórtala hacia ciudades y las empresas industriales, donde sus gastos se incrementan y se causa un desbalance en sus finanzas y competitividad. La falta del vital líquido también causa enfermedades que a los gobiernos e industrias preocupan por requerir un gasto mayor al presupuestado.
Actualmente los países desarrollados controlan la mayor cantidad del recurso hídrico (Porter, 1991) y las finanzas en una escala cercana a 85% (Sánchez, 2010), donde las economías de los países en vías de desarrollo representan 22%. La mayor parte de los países en extrema pobreza tienen problemas de escasez de agua por lo que las organizaciones como la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Organización de las Naciones Unidas (ONU), la Organización de Alimentos y Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés) y la Organización de Estados Americanos (OEA) están preocupadas por esta situación (Lozano y Romo, 2003).
El ecosistema en la frontera de México y Estados Unidos.
La región oeste de la zona fronteriza de México y los E. U. contiene gran variedad de flora y fauna adaptadas a los hábitats de esta área. Tanto la vegetación como los animales han permanecido por la presencia del agua proveniente de E. U. Si disminuye la capacidad en los mantos acuíferos, canales y ríos, se podría generar un desequilibrio ecológico (González, Montoya y Hernández, 2007).
Cuando el RC es contaminado de manera inconsciente, por agroquímicos y descargas industriales y urbanas (líquidos, sólidos y gaseosos) se reduce la calidad y cantidad del recurso hídrico. Es por esto que debe cuidarse el agua, para evitar su escasez y una situación problemática ambiental, económica y social de esta región (Gómez, Rivera, Martínez y Yánez, 2004).
Alteración del entorno ambiental y social.
El actual proceso de revestimiento de uno de los ramales del RC, como el CTA en el sureste de los E. U., tendrá un efecto negativo en el suministro del recurso hídrico de la zona por la reducción de los niveles en los mantos acuíferos. Esto alterará los ecosistemas en ambos países, debido a la migración de ciertas especies (González, Montoya y Hernández, 2007).
También se podría originar decremento en las actividades agrícolas e industriales del valle y la ciudad de Mexicali, por la reducción de productos agrícolas de esta zona, con un incremento en los precios de los alimentos y la pérdida de empleos. Además, podría ocasionar problemas de salud con la falta de nutrientes alimenticios y generación y proliferación de enfermedades respiratorias. Debido a esta situación se podrían romper algunas cadenas alimenticias con la modificación de la flora y fauna de esta zona (López B., Rueda y Domínguez, 2002).
Concientización en el cuidado del ecosistema.
Expertos ambientales de ambos países consideran que la contaminación del RC con sus ramales y el revestimiento del CTA están disminuyendo la calidad y cantidad del recurso hídrico en la región fronteriza. Por esto es de vital importancia el cuidado del agua con algún tipo de programa donde la población esté consciente de su uso adecuado o algún tipo de sistema automatizado que apoye a mejorar la concientización de las personas. Analistas señalan la posibilidad de una etapa de poco suministro o escasez del agua (Robles y Torres, 2003).
Estudios anteriores indican que el nivel de concientización para el cuidado del agua de parte de la población que habita la ciudad y valle de Mexicali es bajo, con el desarrollo de actividades agrícolas, domésticas e industriales, donde en ocasiones, se generan encharcamientos. Esto conllevó al diseñó y desarrollo de un sistema automatizado para el control de riego en la zona noroeste de México.
Equilibrio ecológico.
El utilizar adecuadamente el vital líquido es garantía de un desarrollo urbano en las pequeñas y grandes ciudades. Esto conlleva a generar impulsos en el fortalecimiento industrial, como lo es la zona noroeste de la República Mexicana, donde existe un amplio número de empresas del ramo industrial de tipo maquiladora de E. U., Canadá, China, Japón, Alemania e Italia. Al haber crecido de manera desproporcionada las ciudades fronterizas con los E. U., Mexicali, Tijuana y Ensenada, se generó un uso inadecuado del vital líquido por lo que en algunas zonas de esta región del país tienen problemas en el suministro de agua.
El agua como medio de vida.
Los expertos en el campo de la protección del agua piensan que su escasez tiene efectos negativos en la salud. La OMS indica que más de la mitad de la población mundial es víctima de la escasez de agua, lo que ha contribuido al cambio climático en algunas regiones y la generación y propagación de las actuales enfermedades y el desarrollo de nuevas (Sánchez, Páez y Flores, 2006). En México, algunas regiones presentan la problemática de la escasez de agua y disminuye la productividad en las operaciones agrícolas, comerciales e industriales. El noroeste de México es propenso a sufrir los efectos negativos de la escasez de agua por lo mencionado anteriormente (González, Montoya y Hernández, 2007).
Con la escasez de agua se origina una disminución de la productividad de vegetales, legumbres, frutas, trigo, maíz y alimentos para el ganado vacuno. Además, se origina un incremento en los costos de los productos comerciales de la región y los que son enviados a otras zonas del país o de E. U., lo que genera problemas económicos (Reyes, Guerra. y Ramírez, 2006). Según un informe de la Comisión Nacional del Agua de México (CNA), en esta región ha disminuido la calidad del agua en los últimos 20 años y se han reducido los volúmenes del vital líquido en pozos del valle de Mexicali. Esto ha ocasionado 12.000 hectáreas dañadas, originando zonas estériles para las actividades agrícolas.
Debido a esto, se han reducido las operaciones comerciales e industriales en los últimos cinco años. Aunado a lo del revestimiento del canal, según especialistas del tema, en un periodo de tres a cinco años se reducirá alrededor de 30% el suministro del agua.
DESARROLLO
Metodología.
Se realiza un estudio en la ciudad de Mexicali por la problemática de la región y se desarrolla una evaluación para la implementación de un nuevo SCA de bajo costo. Para realizar el análisis fue necesario elaborar cuatro etapas que se mencionan a continuación:
a) Análisis periódico de la calidad del agua. Se realizó una evaluación de la calidad del agua desde el 2005 al 2012 en la ciudad de Mexicali.
b) Evaluación del consumo de agua en casas-habitación. El uso adecuado del recurso hídrico en Mexicali no se realiza, originando caos económico, social y ambiental.
c) Análisis del deterioro de suelos en el valle de Mexicali. El daño que se genera por la disminución o posible desabasto de agua a las superficies terrestres fértiles del valle de Mexicali se ha incrementado en pequeños porcentajes en los últimos diez años. Debido a esto se realizó un análisis de los porcentajes de suelo con mayor deterioro.
d) Fabricación del SCA. El SCA fue diseñado y fabricado, es de bajo costo con una eficiencia de 85%, probado durante cinco años en Mexicali y su valle.
e) Evaluación de microscopía del suelo. Se generó una evaluación de diferentes zonas de esta región. Se utilizó el SCA en los lugares y en otros no para observar sus diferencias con la técnica de microscopía electrónica de barrido (MBE). El análisis fue elaborado para conocer las consecuencias de la disminución del agua y su desabasto.
Resultados.
El costo del agua en Mexicali es bajo aún con los equipos especializados para purificarla, siendo de alrededor de $6 pesos mexicanos por metro cúbico (costo mensual de $300 a $500 pesos mexicanos).
Figura 1. Análisis de calidad del agua en sistema de suministro a la ciudad de Mexicali (2005-2012).
Fuente. Datos evaluados de estudios experimentales generados en un proyecto de investigación en la región del valle de Mexicali (2005-2012).
Al inicio del estudio se indica como la calidad del agua es cercana a 75% y se observa una mayor concentración de los niveles de calidad del recurso hídrico, de 60% evaluada del 2005 al 2007. Del 2007 al 2010 la calidad fue de 50%, disminuyendo y requiriendo del mejoramiento de los equipos especializados para purificarla y suministrarla a las actividades requeridas. Del 2010 al 2012 la calidad se redujo a 50%, siendo esto grave por la posibilidad de generarse infecciones respiratorias y estomacales.
Evaluación del consumo de agua.
En la ciudad de Mexicali se ha generado un crecimiento drástico en los últimos 20 años, se desarrolló simultáneamente al análisis del consumo del vital líquido en casas habitación. Se realizaron 1000 encuestas en los siete años del estudio.
El objetivo de esta evaluación fue para determinar el consumo por cada hogar de la ciudad de Mexicali para elaborar una estimación de uso por casa-habitación para correlacionarlo con el agua de baja calidad que se suministra a la ciudad y su valle.
Las opiniones de la ciudadanía mexicalense indicaron que del año 2005 al 2007, durante el verano donde más se utiliza, el consumo fue menor a los 300 m3 por mes en cada hogar, siendo mayor al promedio decretado por la OMS de 150 m3. Del 2007 al 2008 el consumo se incrementó a 375 m3 y partir de ese periodo del análisis hasta el año 2012 la cifra llegó a los 450 m3. Esto es de gran relevancia porque el suministro de agua de baja calidad se somete a un tratamiento de alto costo y no se utiliza adecuadamente.
Figura 2. Evaluación del consumo de agua (m3) en casas-habitación de la ciudad de Mexicali (2005-2012).
Fuente. Datos evaluados de estudios experimentales generados en un proyecto de investigación en la región del valle de Mexicali (2005-2012).
El control del consumo de agua en la población de Mexicali es vital por la disminución que está en proceso por el revestimiento del CTA y tendiendo a ser una región muy productiva del sector agrícola, comercial e industrial con posibilidades de escasez de agua. Las autoridades estatales de Baja California y municipales de Mexicali están preocupadas y la población no tiene esa visión, por lo que sigue derrochando el recurso hídrico. Desde hace de diez años la imposición de multas a personas o instituciones que derrochen agua no ha logrado gran avance.
Análisis de deterioro de suelos.
Una de las consecuencias del desabasto de agua es el daño a las superficies terrestres y sus ecosistemas. Esto origina pérdidas económicas y al medio ambiente.
El caso del valle de Mexicali no es la excepción de esta situación, donde la población no tiene la conciencia del cuidado del agua en las casas-habitación, industrias y áreas agrícolas. La figura 3 muestra una evaluación del nivel de deterioro de los suelos en el valle de Mexicali, por una pequeña disminución que se ha presentado por el crecimiento poblacional y de industrias en esta región. Además, se ha observado la falta de concientización de al menos la mitad de la población de esta ciudad de 900, 000 habitantes.
Los niveles con el color rojo indican grados de deterioro mayor como índice de 10 con un porcentaje de 15.5% y los de color azul de menor daño con 16.5%. En las otras zonas del gráfico con colores oscuros y claros se muestra el proceso de deterioro como el color verde de un nivel menor a 30% de daño. Esto genera superficies terrestres infértiles para cultivos, pérdidas económicas y la reducción de la competitividad.
Figura 3. Análisis del daño a suelos (m2) en el valle de Mexicali (2005-2012).
Fuente. Datos evaluados de estudios experimentales generados en un proyecto de investigación en la región del valle de Mexicali (2005-2012).
Sistema automático de control de agua.
El SCA fue diseñado y fabricado por personal experto del área de electrónica y medio ambiente apoyado por alumnos investigadores del Instituto Tecnológico de Mexicali (ITM). Una vez fabricado el sistema se aplicó como prueba experimental en áreas verdes del ITM y casas-habitación, logrando un ahorro de agua. El sistema SCA (figura 4) e información del consumo doméstico en 100 hogares de la ciudad de Mexicali (tabla 1), se muestra a continuación:
Figura 4. Diagrama a bloques del sistema de control automático para control de agua.
Tabla 1. Análisis del consumo anual de agua en 100 hogares con y sin el SCA (2011-2012).
Consumo de agua Consumo de agua
(m3), 2011 (m3), 2012
Sin utilizar el SCA 3775 3230
Utilizando el SCA 2685 2345
La tabla anterior muestra los niveles de consumo de los años 2011 y 2012 para determinar por esta evaluación el incremento sin tener el cuidado del vital líquido.
Evaluación de microscopía en suelos del valle de Mexicali.
Los pequeños incrementos en el deterioro de suelos fértiles en el valle de Mexicali han resaltado la importancia del cuidado del ecosistema de esta región. A nivel macroscópico se observa el daño en las superficies terrestres, pero el análisis a detalle por microscopía de barrido electrónico muestra un nivel de mayor visualización. En la figura 5ª se presenta el uso adecuado del agua y su comparativo en el periodo de tiempo, usando el SCA con un ahorro marginal de agua en la figura 5b.
Figura 5. Análisis microscópico de superficie terrestre (a) sin utilizar el SCA y (b) usando el SCA (2012).
CONCLUSIONES
El cuidado del agua es muy importante para la conservación y preservación de nuestros ecosistemas, debido a que el recurso hídrico no es renovable. Deben de desarrollarse programas para su conservación. El actual proceso del revestimiento del CTA en los E. U. afectará a la región noroeste de México. Casi 50% de la población de la ciudad de Mexicali no tiene conciencia del uso adecuado del agua.
En actividades de riego se generan encharcamientos, desaprovechando el agua. La falta del agua en esta región podría afectar las actividades cotidianas de casas-habitación, industrias, comercios, centros de gobierno, zonas agrícolas y áreas verdes, principalmente. En esta investigación se diseñó y desarrolló un sistema automático para el control del agua en actividades de riego y, en el proceso de su aplicación, se tuvo un ahorro de hasta 75%. Este dispositivo electrónico se ha implementado en instituciones educativas, casas-habitación, industrias, áreas verdes y ha resultado de gran interés a la sociedad mexicalense.
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