Este documento presenta un proyecto para diseñar, construir e instrumentar un sistema de monitoreo climático en la Estación Forestal Experimental Zoquiapan de la Universidad Autónoma Chapingo. El sistema medirá variables como temperatura, humedad, precipitación, viento y radiación solar usando sensores y hardware de código abierto. El objetivo es proveer datos climáticos propios para proyectos de investigación de la universidad y predecir el comportamiento del clima en la región.

1. Buen día a todos, compañeros, maestros, comité asesor y público presente.
Es muy grato para mi presentarles el proyecto denominado “Diseño, construcción e
instrumentación del sistema de monitoreo climático para la Estación Forestal
Experimental Zoquiapan”, de la Universidad Autónoma Chapingo.
Durante los siguientes minutos les daré un breve resumen del proyecto.
1

2. ¿Porqué necesitamos datos climáticos?
En nuestro país, como en el mundo, el cuidado de la naturaleza es un tema que ha
generado cambios en nuestra forma de comprender los aspectos físicos del
ambiente, por lo que cada día son mas los esfuerzos que se hacen por mejorar
nuestro entorno. Precisamente el cambio climático es uno de los temas principales
para el cuidado del ambiente.
El clima influye directamente en el desarrollo de muchos procesos ecológicos a nivel
del suelo, la vegetación y la atmósfera, de estos procesos podemos nombrar desde
ciclo del agua, el aporte de nutrientes como materia orgánica como formador de
suelo, hasta el crecimiento de la vegetación. Las variables que tienen mayor
importancia en estos procesos son la precipitación en primer instancia, la radiación
solar en segunda, la temperatura y la evaporación.
Sin duda, el deseo de pronosticar con precisión el comportamiento del clima, ha
llevado al hombre a desarrollar más y mejores instrumentos de medición, a través de
sensores que permitan tener exactitud en la toma de datos y a su vez en la toma de
decisiones sobre los efectos ambientales que afectan a las actividades agrícolas, por
ejemplo las heladas, huracanes, etc., hasta las actividades de grandes ciudades, como
la contaminación del aire, la escases del agua, etc.
2

3. ¿Qué es el sistema de monitoreo climático? Un sistema es un objeto complejo, cuyos
componentes se relacionan entre sí para generar un proceso y de él obtener
información. Todo sistema tiene entradas y salidas, dando como resultado datos que
se pueden analizar. Nuestro sistema tiene como entrada las mediciones climáticas,
como por ejemplo en el viento su velocidad y dirección, estas mediciones entran al
sistema y se procesan mediante programas y estos se transforman en datos que nos
ayudan a saber como se comporta el viento en cierta temporada del año.
Imaginemos que la observación de estos fenómenos nos conducen a su análisis y a la
interpretación de su comportamiento.
Sabemos que un monitoreo nos permite hacer pronósticos sobre el comportamiento
de cierta variable climatológica a través de los datos abstraídos de las condiciones
reales, reduciendo la incertidumbre y optimizando la toma de decisiones; de esta
forma no podemos evitar que llueva o caiga una helada, pero si podemos pronosticar
el comportamiento del clima, lo cual es útil para proyectos de investigación o para
instituciones que estén interesadas en el comportamiento del clima en cierta región.
3

4. Para diseñar, construir e instrumentar el sistema, es necesario tomar en cuanta
criterios como la ubicación del sistema, la recolección de los datos, la programación
de los instrumentos de medición (lo cual es una tarea muy importante para este
proyecto). Lo anterior será de mayor interés, pues se desea que la instrumentación
sea técnica y económicamente viable para cualquier persona o institución.
Las estaciones se deben ubicar en lugares cuyo clima sea representativo de las
condiciones de la zona evitando relieves cuya temperatura, corrientes de viento, etc.
no sean representativas. Deben estar situadas en un lugar plano y libre de obstáculos
que puedan afectar a las observaciones. Pero lo mas importante es salvaguardar los
datos obtenidos en la estación, para lo cual necesitamos una ubicación segura.
Que es el software libre?, Para que nos sirve?, Qué es el hardware open source?
El movimiento del software amplia el criterio a cerca de la libertad de elección y
expresión, no solo en el ámbito de la tecnología sino también en el libre acceso a
fuentes de investigación que se requieren para el crecimiento de las ciencias como un
conjunto; esto es ciencia libre, para una sociedad libre (López-Corona, 2012).
La importancia de emplear hardware de código abierto, específicamente placas
microcontroladoras Arduino o Raspberry Pi (por evaluar), es que ofrecen mayor
libertad de manipulación y existe una amplia gama de sensores que son compatibles
con estas placas (Ferdoush et al, 2014).
4

5. ¿Porqué implementar el sistema de monitoreo climático?
Se pretende tener una red de adquisición de datos propios de la UACh, primeramente
para no depender de otras instituciones y empresas. Obteniendo datos precisos de la
EFEZ, generando datos propios y así mismo obtener mayor libertad en el manejo y
análisis de los datos.
Así, el aporte que tiene este proyecto para la comunidad es proveer a nuestra
Institución de un sistema de monitoreo climático para la EFEZ, que utiliza tecnología
libre y que prevé de información de gran utilidad a proyectos propios de la DICIFO
como el “Manejo forestal y gestión integral de los recursos hídricos en los campos
experimentales de la división de ciencias forestales” (Lopez-Corona 2014).
En cuanto al sistema computacional para el análisis de datos, se incluirán algoritmos
para el análisis de series de tiempo, en particular Fourier, DFA (Detrended Fuctuation
Analysis), EMD (Ensemble Empirical Mode Dcomposition) y modelos ARIMA. Todo
esto con la intención de generar escenarios para implementarlos en una aplicación
web con R-shiny.
5

6. Objetivo.
Diseñar, construir e instrumentar un sistema digital para la medición de
variables climáticas, con la finalidad de proveer datos propios para los proyectos
que se realizan en la Estación Forestal Experimental Zoquiapan (EFEZ).
Particulares.
• Instalar dos estaciones meteorológicas en la EFEZ
• Construir un sistema documentado de medición climática a partir de
software y hardware de código abierto.
• Evaluar si el sistema es económicamente viable para desarrollarlo
comercialmente.
Teniendo en cuenta lo anterior.
Nos centraremos en la obtención datos climáticos para predecir el comportamiento
de la temperatura, humedad, evaporación, presión, precipitación, dirección y
velocidad del viento y radiación solar, para con ello poder tener certidumbre del
comportamiento climático del lugar.
6

7. El sistema de monitoreo climático se instalará en la Estación Forestal Experimental
Zoquiapan de la UACh, la cual se ubica al sur este del municipio de Ixtapaluca, E.M.
en las coordenadas de referencia 19° 17' 20.2“ latitud norte y 98° 40' 58.6“ longitud
oeste.
La EFEZ fue creada en 1972 como laboratorio natural con el objetivo de desarrollar
investigación e innovaciones tecnológicas que permitan el manejo sostenible de los
bosques de clima templado, lo que ha permitido el desarrollo de actividades
académicas, de investigación, de servicio y difusión. Formando profesionales
involucrados en el manejo de los recursos naturales, tanto de UACh como de otras
universidades del país.
7

8. El pasado mes de abril se realizó una prospección a la Estación Forestal Experimental
Zoquiapan con el fin de proponer el lugar donde se ubicara el sistema de monitoreo
climático.
Esta visita sirvió para conocer la geomorfología del lugar y las condiciones mínimas
que se requieren para la instalación del SMA, por ejemplo que sea un área plana, que
se encuentre cubierta de pasto, con un buen acceso y que este cercana a las
instalaciones de la EFEZ por cuestiones de resguardo y seguridad.
Se observó la presencia de una estación meteorológica comercial fuera de uso, la cual
cuenta con paneles solares, medios de almacenamiento físico, sensores de
temperatura, dirección y velocidad del viento.
8

9. El sistema de monitoreo será capaz de medir mediante sensores lo siguiente:
• Precipitación
• Temperatura del aire y humedad relativa
• Evaporación
• Dirección del viento
• Velocidad del viento
• Presión atmosférica
• Radiación solar
9

10. Sensores
En cuanto a los sensores que se ocuparan (en evaluación) se pretende que
estos operen bajo controles que limiten el ruido para tener mayor precisión en
la toma de datos.
Almacenarán la información obtenida en medios fijos y extraíbles.
• Software libre para procesar los datos (en forma gráfica y numérica)
• Unidad colectora de datos (hardware) con medios de almacenamiento
Enviarán datos en tiempo real para ser hospedados en un sitio web y en
medios portátiles que utilicen sistemas Android.
• Sistema de transmisión
• Aplicación en android permita recibir información en tiempo real
Trabajarán con celdas solares, las cuales contaran con:
• Celda fotovoltaica
• Controlador de potencia
• Batería
• Display visualizador de datos
10

11. Para ejemplificar los resultados que obtendrán del sistema de monitoreo climático, se
han tomado los datos de la Estación Meteorológica 15082 Río Frio a cargo del
Servicio Meteorológico Nacional, ubicada en las coordenadas geográficas 19° 19’ 38”
N y 98° 45’ 55” W a 2900 msnm
11

12. En esta tabla se muestran los datos meteorológicos de la estación Río Frio.
Ver tabla.
12

13. En esta gráfica se observa el comportamiento de las temperatura mínima, media y
máxima
La temperatura mínima tiene una media muestral de 5.24 °C y una desviación
estándar muestral de 1.41 °C
La temperatura máxima tiene una media muestral de 17.97 °C y una desviación
estándar muestral de 1.60 °C
La temperatura media tiene una media muestral de 11.60 °C y una desviación
estándar muestral de 1.26 °C
13

14. En esta gráfica se observa el comportamiento de la precipitación a lo largo del año.
Registrándose mayor precipitación en los meses de junio a octubre y los menores en
diciembre y enero.
La media anual de precipitación se encuentra en 64.42 mm con una desviación
estándar de 54.18
14

15. Por su parte existe una mayor evaporación en los meses de marzo a mayo,
precisamente los meses en que se registra mayor temperatura.
La media anual de evaporación se encuentra en 86.57 con una desviación estándar de
18.25.
15

16. Bibliografía
16

17. Cronograma
17

18. ¡Gracias por su atención!
18