Revista Científica Ciencia y Tecnología Vol 22 No 36 págs 9-20
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Mantenimiento y monitoreo de estaciones
meteorológicas automáticas ubicadas en la provincia de
Chimborazo-Ecuador
Maintenance and monitoring of automatic weather
stations located in the province of Chimborazo-Ecuador
Christian Barzallo Rojas 1
christian.barzallo@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-2740-1202
Mayra Venegas Ruiz 2
mayra.venegas@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-3608-757X
Arquimides Haro Velastegui 3
arquimides.haro@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-3391-5082
Mariela Moreno Palacios 4
marymoreno023@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-1605-6442
Carina Yaucán Villa 5
carina.yaucan@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-0291-4389
Romel Palaguachi Calle 6
romel.palaguachi@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-6061-6067
Recibido: 10/05/2022; Aceptado: 14/09/2022
Resumen
A través de proyectos de investigación desarrollados en el Grupo de investigación
de la facultad de ciencias (GEAA) de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo
(ESPOCH), se ha logrado implementar una red meteorológica automática, la cual
cuenta con 11 estaciones automáticas vaisala ubicadas en diferentes lugares
estratégicos de la Provincia de Chimborazo instaladas desde el año 2013. Cuyo
objetivo es Cuantificar los volúmenes y distribución de la precipitación hídrica de
1 Estudiante, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador
2 Estudiante, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador
3 Doctor, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador
4 Ing., GEAA, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador
5 Ing., GEAA, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador
6 Ing., GEAA, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador
Barzallo, Venegas, Haro, Moreno, Yaucán y Palaugachi.
Mantenimiento y monitoreo de estaciones meteorológicas automáticas ubicadas en la provincia de Chimborazo-Ecuador
la Provincia de Chimborazo. Dichas estaciones han permitido el desarrollo de
trabajos de titulación, escritura de artículos científicos, colaboración
interinstitucional, participación de congresos e investigación. Con el desarrollo de
esta red de estaciones, se socializan resultados y el software creado disponible
para otras entidades para validar con otras bases de datos. Los resultados y
aportes principales de este proyecto son desarrollo e implementación como: las
bases de datos de las variables meteorológicas, reportes meteorológicos, los
mapas preliminares que resuman la precipitación hídrica en las zonas de influencia
del proyecto. Por medio de estas actividades se ha venido aportando en
investigaciones científicas, para proponer futuros proyectos de investigación en
este campo en el Ecuador.
Palabras clave: red de estaciones, mapas, proyecto, precipitación
Abstract
Through research projects developed in the Research Group of the Faculty of
Science (GEAA) of the Polytechnic School of Chimborazo (ESPOCH), an automatic
meteorological network has been implemented, which has 11 automatic vaisala
stations located in different strategic locations in the Province of Chimborazo
installed since 2013. Their objective is to quantify the volumes and distribution of
water precipitation in the Province of Chimborazo. These stations have allowed the
development of degree works, writing of scientific articles, inter-institutional
collaboration, participation in congresses and research. With the development of
this network of stations, results are socialized and the software created is available
for other entities to validate with other databases. The main results and
contributions of this project are the development and implementation of databases
of meteorological variables, meteorological reports, and preliminary maps
summarizing water precipitation in the project's areas of influence. Through these
activities we have been contributing to scientific research in order to propose
future research projects in this field in Ecuador.
Keywords: station network, maps, project, precipitation.
Introducción
El propósito de la Introducción es proporcionar al lector(a) los antecedentes
suficientes que le permitan ubicar el tema y el artículo en el contexto de la
literatura El comportamiento del clima ha sido un tema muy importante desde sus
inicios para el ser humano al momento de realizar todas sus actividades diarias.
El estudio de la meteorología es de suma importancia ya que nos ayuda a estar
preparado ante las adversidades climáticas y podemos estar alerta ante sucesos
que afectan a nuestras actividades a la intemperie para ello se deben observar y
medir las variables principales que conforman a este, teniendo la presión
atmosférica, velocidad del viento, humedad y temperatura anexando una variable
más siendo esta la calidad del aire, calculando la presencia de agentes
contaminantes principales en el aire como lo son el CO, CO2, SO, CH2 (monóxido
de carbono, dióxido de carbono, dióxido de azufre, metano) (Méndez González y
otros, 2019).
10
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Una estación meteorológica es un lugar escogido adecuadamente para colocar los
diferentes instrumentos que permiten medir las distintas variables que afectan al
estado de la atmósfera. Es decir, es un lugar que nos permite la observación de
los fenómenos atmosféricos y donde hay aparatos que miden las variables
atmosféricas (Anchundia, 2015).
Las estaciones meteorológicas tienen una estructura compuesta por diversos
sensores de alta precisión, aun así, uno de los aspectos más importantes es que
son completamente modulables, por lo que podemos añadir un mayor número de
sensores o quedarnos con el paquete básico de sensores (Tobajas Garcia y otros,
2016).
Las variables o elementos climatológicos en una estación meteorológica esenciales
a medir son: temperatura, humedad del aire, viento, radiación solar, precipitación
y evaporación, resulta necesario determinar el valor de la información recogida en
relación con su utilidad y finalidad de la misma y los instrumentos de medida
deben estar homologados, ser robustos y estar bien calibrados (Arteaga Ramírez
y otros, 2020).
Los componentes de una estación meteorológica son:
Terreno circundante
Parcela Meteorológica
Abrigo Meteorológico
Instrumentos
Los requisitos generales que debe cumplir una estación meteorológica según la
OMM que indica de forma pormenorizada los requisitos de los elementos que
deben observarse segun el tipo de estación y la red de observación (OMM, 2014).
En una estación que realiza observaciones de superficie se observan los siguientes
elementos:
Tiempo presente
Tiempo pasado
Dirección y velocidad del viento
Nubosidad
Tipo de nube
Altura de la base de la nube
Visibilidad
Temperatura
Humedad relativa
Presión atmosférica
Precipitación
Capa de nieve
Insolación y/o radiación solar
Temperatura del suelo
Evaporación
11
Barzallo, Venegas, Haro, Moreno, Yaucán y Palaugachi.
Mantenimiento y monitoreo de estaciones meteorológicas automáticas ubicadas en la provincia de Chimborazo-Ecuador
Metodología
Mantenimiento y descarga
Para el mantenimiento de las estaciones meteorológicas este se realiza cada 15
días con el objetivo de mantenerles operativas, las actividades están enfocadas en
hacer un seguimiento del funcionamiento de cada sensor también evaluar la
energía proveniente de la fuente cómo las baterías panel solar dónde estos
elementos son fundamentales para generar datos de calidad considerando que los
sistemas de las estaciones son electrónicos muy sensibles al desfase de la energía.
El grupo de energías alternativas y ambiente GEAA está desarrollando sistemas
de software de tipo Big data que permite tener un adecuado seguimiento de
funcionamiento donde se evalúa los valores generados por los sensores también
se está creando matrices en hojas de cálculos para realizar las observaciones de
datos faltantes y desfases de estos. Las actividades conllevan a generar
procedimientos adecuados en base a normas de la OMM INAMHI. Y procedimientos
empíricos creados por los técnicos del GEAA. Como un objetivo principal es debitar
el mantenimiento correctivo esto se trata de llegar con un seguimiento constante
al funcionamiento de toda la estación.
Otra de las actividades importantes es la descarga de los datos, para realizar esta
actividad de igual manera se debe de seguir pasos que permita tener una
adecuada manipulación de los del datalogger el cual es la memoria central de la
estación. Una vez descargado los datos se le envía la información descargada al
departamento de sistemas. Estas actividades deben ser siempre registradas
especialmente en campo por medio de fichas técnicas que van receptando un
historial de actividades las cuales permitirán dar un estado real del funcionamiento
de las estaciones meteorológicas todas esas actividades los técnicos del proyecto
están desarrollando aplicaciones para automatizar todos estos procesos con el
objetivo de mantener al 100% operativa toda la red de estaciones meteorológicas
en la provincia de Chimborazo.
Transmisión y procesamiento
La transmisión de datos de las estaciones meteorológicas automáticas se realiza
utilizando la tecnología GPRS mediante un modem en el cual está instalado un
chip de claro, los archivos rep son enviados por medio de paquetes de datos, estos
archivos son almacenados en una tarjeta de memoria industrial que contiene la
estación.
Los archivos rep son enviados a un servidor FTP se almacena en una base de
datos, y se muestra en la plataforma https://ceaa.espoch.edu.ec/redEstaciones/
donde puede encontrar la información meteorológica.
1. Figura 1: Transmisión de datos de una estación meteorológica automática
Fuente: Elaboración propia
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La descarga manual de datos meteorológicas se lo realiza con un mini lector de
tarjeta de memoria al computador en archivos .DAT, se trasforma al formato .CSV
por medio del software vaisala y se almacena en la base de datos, esta información
se muestra en la plataforma https://ceaa.espoch.edu.ec/redEstaciones/.
2. Figura 2: Descarga manual de datos meteorológicas.
Fuente: Elaboración propia
Reporte
Se realizan reportes mensuales, mediante documentos digitales almacenados en
la plataforma informática y página web de las estaciones meteorológicas, a la vez
se desarrollan mapas de las variables meteorológicas de mayor importancia para
conocimiento de la provincia.
Los mapas que se crean se desarrollan en ArcGIS y se visualizan en las
plataformas informáticas de las estaciones meteorológicas.
A continuación, se detalla la ubicación de las mismas:
Tabla 1: Ubicación geográfica de estaciones automáticas Vaisala
Nº Estaciones
Meteorológicas Parroquia Cantón X Y Altura
1 Alao Pungala Riobamba 773491 9793166 3064
2 Atillo Cebadas Guamote 772589 9758044 3467
3 Cumanda Cumandá Cumandá 706262 9755579 331
4 Espoch Lizarzaburu Riobamba 758398 9816965 2754
5 Matus Matus Penipe 777564 9827892 2471
Barzallo, Venegas, Haro, Moreno, Yaucán y Palaugachi.
Mantenimiento y monitoreo de estaciones meteorológicas automáticas ubicadas en la provincia de Chimborazo-Ecuador
Fuente: Elaboración propia
Resultados y discusión
Trabajos de Titulación entre los principales que se desarrollaron con el proyecto
mencionamos:
Modelos estadísticos para la Homogenización de Variables Meteorológicas
Monitoreadas Por el GEAA, año 2021
Componentes Principales Funcionales De La Radiación Solar Global De La
Provincia De Chimborazo, 2014-2017, año 2019
Estimación y modelación Geoestadística de la radiación solar en la provincia de
Chimborazo en el año 2012, año 2012
Aplicación De Un Modelo Matemático Para Determinar La Difusión De
Contaminantes Atmosféricos Bajo Condiciones Físicas Y Meteorológicas De La
Ciudad De Riobamba, año 2016
Análisis Geoestadístico De Datos Funcionales De Temperatura Del Aire En La
Provincia De Chimborazo, año 2020
Técnicas Estadísticas Para La Modelación y Predicción De La Temperatura y
velocidad De Viento En la Provincia De Chimborazo, año 2019
Implementación De Una Estación Meteorológica Portátil Mediante Drone Para
La Facultad De Ciencias-Espoch, año 2015
Predicción De La Temperatura Ambiental Mediante Modelos Estadísticos
Funcionales De Las Estaciones Monitoreadas Por El Geaa En La Provincia De
Chimborazo (2014-2019)
14
6 Multitud Multitud Alausi 725681 9764904 1483
7 Quimiag Quimiag Riobamba 770082 9816406 2718
8 San Juan San Juan Riobamba 746640 9818903 3244
9 Tixan Tixán Alausi 749115 9761350 3546
10 Tunshi Licto Riobamba 764074 9806681 2840
11 San Isidro de
Patulú
San Isidro De
Patulú
Chocavid
Central 754579 9835357 3467
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Análisis Y Ajustes, Con Modelos De Regresión B-Splines Utilizando El Software
R, En Las Variables Climatológicas: Temperatura, Humedad, Radiación Y
Velocidad Del Viento, De La Estación Meteorológica Solar Del Centro De
Energía Alternativas, Facultad De Ciencias, Escuela De Física Y Matemática,
año 2015
Implementación De Un Sistema Informático Para La Gestión De Datos
Climáticos En Las Estaciones Meteorológicas De La Espoch, A Través De La
Plataforma Java Jee7, año 2018
Análisis Estadístico Funcional De La Reflectancia Obtenida Mediante Imágenes
Satelitales y Espectroradiometro del Cultivo De Quinua En Colta, año 2021
Diseño Del Modelo De Dispersión De Ozono Troposférico De La Ciudad De
Riobamba Para El Año 2015, año 2017
Diseño De Un Sistema Solar Térmico Para La Sustitución De Consumo De
Combustibles Fósiles Para La Producción De Derivados Lácteos De La Quesera
Santa Marta – San Juan – Chimborazo, año 2018
Determinación de la evapotranspiración mediante imágenes aéreas en bandas
del espectro visible e infrarrojo cercano para cultivos de papa solanum spp,
año 2016
Estudio de viabilidad técnica de Parques Eólicos en la Provincia de Chimborazo.
Año 2017
Diseño de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales para la Central
Ecuatoriana de servicios agrícolas, año 2014
Robert, P. (2017). Estudio y análisis de las emisiones de No2 generadas por el
campo automotor en el sector del Terminal Terrestre de la ciudad de
Riobamba, año 2017
En cuanto a la publicación de artículos científicos mencionamos:
Tabla 2: Artículos científicos publicados en base a la utilización de
estaciones meteorológicas vaisala.
Título del Artículo
Autor
Año
Aplicación del cálculo fraccional a una serie
de temperaturas de la zona andina.
Cristina Ramos Araujo, Hitler
Guerrero Hidalgo
202
0
Determinación Del Comportamiento
Meteorológico Del Viento En La Provincia
De Chimborazo, Ecuador
Silvia Haro-Rivera, Lourdes
Zúñiga-Lema, Antonio
Meneses-Freire, Amalia
Escudero-Villa
202
0
Suavizado De Curvas Mediante B-Spline
Para El Análisis Funcional De La Radiación
Solar Global.
Escudero, Amalia
Haro, Silvia
201
7
Potencial Energético Renovable De Alta
Entalpía De La Cuenca Alta Del Río Pastaza
Romel Palaguachi, Mariela
Moreno, Luis Añilema, Diego
Damián-Carrión
202
0
Métodos De Clasificación En Minería De
Datos Meteorológicos
Silvia Haro Rivera, Lourdes
Zúñiga Lema, Antonio
Meneses Freire, Luis Vera
Rojas, Amalia Escudero Villa
201
8
Modelado y análisis de parámetros micro
meteorológicos en la ciudad de Riobamba
Nelly Patricia Perugachi
Cahueñas, Jorge Milton Lara
Sinaluisa, Arquimides Xavier
Haro Velastegui
202
0
Barzallo, Venegas, Haro, Moreno, Yaucán y Palaugachi.
Mantenimiento y monitoreo de estaciones meteorológicas automáticas ubicadas en la provincia de Chimborazo-Ecuador
Caracterización de la velocidad y dirección
de viento en la provincia de Chimborazo
Diana Campoverde Santos,
Amalia Escudero Villa, Silvia
Haro Rivera.
202
0
Fuente: Elaboración propia
Modelo geoestadístico de precipitación hídrica provincial
Se desarrolló mapas de precipitación hídrica de la provincia de Chimborazo en un
SIG (sistema de información geográfica) disponible para validar la base de datos.
Los mapas representan colecciones lógicas de información geográfica como capas
de mapa, en los que se diferencia la variación de precipitación en diferentes meses
del año. Parte de los datos utilizados para la creación de los mapas fueron
imágenes satelitales y recolección de variables meteorológicas (precipitación
anual, precipitación mensual, precipitación total y precipitación promedio anual)
de estaciones automáticas ubicadas en diferentes puntos de la provincia de
Chimborazo, generando así los mapas preliminares que resuman la precipitación
a lo largo de los años como parte del proyecto.
3. Figura 3: Mapa de Precipitación de la Provincia de Chimborazo del tercer trimestre
del 2021
Fuente: Elaboración propia
16
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4. Figura 4: Mapa de Precipitación de la Provincia de Chimborazo del cuarto trimestre
del 2021
Fuente: Elaboración propia
En la figura 1 y 2 se representa una interpolación en ArcGIS usando los datos de
precipitación de las estaciones meteorológicas que están distribuidas en la
provincia de Chimborazo, comparando las dos gráficas se puede ver la diferencia
del nivel de precipitación existen principalmente en las zonas inferiores.
Mantenimiento y descarga de datos de las estaciones
Cada año se ha realizado el mantenimiento de las estaciones que tiene a cargo la
ESPOCH, teniendo visitas técnicas de manera periódica cada 15 días en los meses
de marzo a diciembre, con el fin de detectar si existen fallas en el correcto
funcionamiento de sensores y transmisión de datos, mismos que cuando han
tenido avería alguna han sido reemplazados por nuevos dispositivos.
Figura 5: Descarga de datos
Fuente: Elaboración propia
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Barzallo, Venegas, Haro, Moreno, Yaucán y Palaugachi.
Mantenimiento y monitoreo de estaciones meteorológicas automáticas ubicadas en la provincia de Chimborazo-Ecuador
Figura 6: Limpieza de piranómetro
Fuente: Elaboración propia
Figura 7: Limpieza de
pluviómetro
Fuente: Elaboración propia
Figura 8: Calibración del anillo del
piranómetro
Fuente: Elaboración propia
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Figura 9: Limpieza de sensor de
temperatura y humedad
ambiental
Fuente: Elaboración propia
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Figura 10: Colocación de nuevos sensores
Fuente: Elaboración propia
Conclusiones
Cada 15 días se realiza el respectivo mantenimiento de las estaciones
meteorológicas con el objetivo de mantenerlas en óptimas condiciones para su
correcto funcionamiento, donde también se llevó el seguimiento del correcto
funcionamiento de cada sensor, de las baterías panel solar donde son elementos
funcionales y sensibles al desfase de la energía.
Se desarrolló un sistema de software de tipo Big que permitió obtener un adecuado
seguimiento del funcionamiento, en el cual se evaluó los valores que fueron
obtenidos de los sensores, además de realizar las observaciones de los datos
faltantes o de desfase.
Se utiliza una tecnología GPRS el cual tiene un chip de claro, para la transmisión
de datos de las estaciones meteorológicas automáticas, los archivos rep fueron
enviados por medio de paquetes de datos y almacenados en una tarjeta de
memoria industrial que contiene la estación.
Se realizan reportes mensuales, mediante documentos digitales almacenados en
la plataforma informática y página web de las estaciones meteorológicas, se
desarrollaron mapas de las variables meteorológicas en ArcGIS.
Para el modelo geoestadístico de precipitación hídrica provincial se desarrollaron
mapas de precipitación hídrica de la provincia de Chimborazo en un SIG, estos
mapas representan colecciones lógicas de información geográfica como capas de
mapa, en los que se puede diferenciar la variación de precipitación en diferentes
meses del año.
Referencias bibliográficas
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Arteaga Ramírez, R., Cervantes Osornio, R., Vázquez Peña, M. A., & Ojeda
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ESTACIONES METEOROLÓGICAS AUTOMÁTICAS MEDIANTE MONITOREO DE
TEMPERATURA EN HUERTOS DE MANZANOS. Chile.
19
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20
