Equipo [Acqua engineering] Mariana Karen Hernández [Mandujano], Marco Josafat Pérez [Sylvain]
El proyecto Smart Water Cascade tiene como objetivo el diseño y desarrollo de un sistema automatizado para la captación, almacenamiento y distribución comunitaria de agua de lluvia, como respuesta a la crisis hídrica que enfrenta México. El prototipo integra sensores ultrasónicos de nivel y flujo, controlados por un microprocesador Arduino que regula bombas y válvulas electrónicas de manera automática. Asimismo, incorpora indicadores visuales mediante pantallas LCD/TFT y LEDs, que permiten supervisar en tiempo real el estado del sistema y garantizar un funcionamiento confiable.
La propuesta se fundamenta en principios de sostenibilidad y gestión integral de los recursos hídricos, respaldada por antecedentes científicos y tecnológicos de instituciones como la UNAM y la BUAP, que han demostrado la viabilidad de la captación pluvial y la pertinencia de integrar sensores inteligentes en proyectos ambientales. Los resultados preliminares muestran que el prototipo regula de manera eficiente el flujo entre cisternas, evita pérdidas por desbordamiento y confirma la hipótesis de que la automatización puede optimizar la gestión comunitaria del agua de lluvia.
El trabajo futuro contempla la incorporación de módulos IoT para supervisión remota, algoritmos de control avanzados que reduzcan el consumo energético y sensores de calidad del agua que garanticen estándares de potabilidad. En conjunto, Smart Water Cascade se plantea como una plataforma integral, modular y replicable, capaz de contribuir a la resiliencia de comunidades urbanas y rurales frente a la crisis hídrica, alineándose con los Objetivos de Desarrollo Sostenible y el Plan Nacional Hídrico 2024–2030.
The Smart Water Cascade project aims to design and develop an automated system for rainwater harvesting, storage, and community distribution as a practical response to Mexico’s water crisis. The prototype integrates ultrasonic level and flow sensors, controlled by an Arduino microprocessor that automatically regulates pumps and electronic valves. Additionally, it incorporates visual indicators through LCD/TFT screens and LEDs, enabling real-time monitoring and ensuring reliable operation.
The proposal is grounded in sustainability principles and integrated water resource management, supported by scientific and technological studies from institutions such as UNAM and BUAP, which have demonstrated the feasibility of rainwater harvesting and the relevance of smart sensors in environmental projects. Preliminary results show that the prototype efficiently regulates water flow between cisterns, prevents overflow losses, and confirms the hypothesis that automation can optimize community rainwater management.
Future work includes the incorporation of IoT modules for remote supervision, advanced control algorithms to reduce energy consumption, and water quality sensors (pH, turbidity, conductivity) to ensure potability standards. Altogether, Smart Water Cascade is envisioned as a modular and replicable platform, adaptable to both urban and rural contexts. By combining robotics, electronics, and IoT technologies, the project contributes to community resilience against water scarcity, aligning with the Sustainable Development Goals and Mexico’s National Water Plan 2024–2030.
Inin Smart Water Cascade quichīhua cē sistema para tlakauhti, tlapohpolihuiz huan tlamaniliz atl ipan calpolli. Tiquixpatla in nivel huan flujo ipan cisternas, huan se Arduino quimoneki para quichīhua in tlamaniliz de bombas huan válvulas. Inin sistema quipia pantallas LCD/TFT huan LEDs para ma cualli titlachia in estado ipan tiempo real, huan para ma amo quipolihui atl.
Inin proyecto motlatlauhtia ipan cualli tlapohpolihuiz huan tlamaniliz atl, quipia in tlamantli de sostenibilidad huan quimoneki para quipalehui calpolli ipan crisis hídrica. Tiquixpatla in cisternas: se para tlakauhti inicial, se para tlachīhua huan se para tlapohpolihuiz limpio. In sensores quimoneki para quixpatla in flujo huan quimoneki para amo quipolihui atl ipan desbordamiento.
Inin sistema quipalehui calpolli ipan altepetl huan ranchos, quimoneki para quixpatla in atl huan quipalehui ipan crisis. Tiquixpatla in tlamantli IoT huan algoritmos cualli para quixpatla in energía huan quimoneki para quipalehui ipan calidad de atl (pH, turbidez, conductividad). Inin proyecto quipia cualli impacto ipan sociedad huan quimoneki para quipalehui ipan ODS huan Plan Nacional Hídrico.
El acceso al agua potable es un recurso esencial para la vida y el desarrollo comunitario, pero en México su disponibilidad se ve afectada por la sobreexplotación de acuíferos, la presión sobre las redes de distribución y los fenómenos climáticos extremos. Estas condiciones reducen la seguridad hídrica y colocan a comunidades urbanas y rurales en situación de vulnerabilidad. Actualmente, los sistemas de captación pluvial existentes se limitan a estructuras básicas de almacenamiento, sin capacidad de monitoreo en tiempo real ni control automatizado que garantice eficiencia y confiabilidad.
Este proyecto desarrolla un sistema integral de captación, almacenamiento y distribución de agua de lluvia, que mediante sensores ultrasónicos de nivel y flujo, control electrónico con Arduino y válvulas automatizadas, busca optimizar el aprovechamiento del recurso hídrico. El sistema incorpora indicadores visuales que permiten supervisar el proceso en tiempo real y evitar pérdidas por desbordamiento, asegurando un funcionamiento estable y replicable. Con ello, se pretende ofrecer una alternativa tecnológica que contribuya a la resiliencia comunitaria frente a la crisis hídrica.
La propuesta integra principios de sostenibilidad y gestión inteligente de recursos, alineándose con los Objetivos de Desarrollo Sostenible y el Plan Nacional Hídrico 2024–2030. En conjunto, Smart Water Cascade se plantea como una plataforma modular y escalable, capaz de mejorar la eficiencia en la captación pluvial y aportar soluciones prácticas para comunidades que enfrentan dificultades de acceso al agua.
El desarrollo de un sistema automatizado de captación, almacenamiento y distribución comunitaria de agua de lluvia se justifica en la necesidad urgente de atender la crisis hídrica que enfrenta México. La sobreexplotación de acuíferos, la presión sobre las redes de distribución y los fenómenos climáticos extremos han reducido la disponibilidad de agua potable, afectando tanto a comunidades urbanas como rurales. Los métodos actuales de captación pluvial suelen ser limitados, pues se enfocan únicamente en la recolección básica y carecen de mecanismos de monitoreo en tiempo real o control adaptativo que garanticen eficiencia y seguridad en el manejo del recurso.
La incorporación de sensores ultrasónicos de nivel y flujo, junto con algoritmos de control electrónico mediante Arduino, permitirá optimizar el aprovechamiento del agua de lluvia, evitando pérdidas por desbordamiento y asegurando un flujo regulado entre cisternas. Además, la integración de indicadores visuales facilita la supervisión comunitaria y brinda confianza en el funcionamiento del sistema. Este enfoque tecnológico no solo mejora la eficiencia operativa, sino que también contribuye a la sostenibilidad ambiental al disminuir la presión sobre acuíferos y redes de distribución.
En conjunto, Smart Water Cascade representa una alternativa innovadora y replicable para la gestión comunitaria del agua, alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible y el Plan Nacional Hídrico 2024–2030, fortaleciendo la resiliencia de las comunidades frente a la crisis hídrica nacional.
El acceso al agua potable en México se ha visto comprometido por la sobreexplotación de acuíferos, la presión sobre las redes de distribución y los efectos del cambio climático, lo que ha generado una crisis hídrica que afecta tanto a comunidades urbanas como rurales. Aunque existen iniciativas de captación pluvial, la mayoría se limita a sistemas básicos de almacenamiento sin mecanismos de monitoreo en tiempo real ni control automatizado, lo que reduce su eficiencia y confiabilidad. Esta falta de innovación provoca pérdidas de agua por desbordamiento, un aprovechamiento limitado del recurso y una gestión comunitaria poco sostenible.
La ausencia de sistemas integrales que combinen sensores inteligentes, control electrónico y visualización dinámica impide anticipar fallos, regular de manera precisa el flujo entre cisternas y garantizar un uso eficiente del agua de lluvia. Como consecuencia, las comunidades continúan dependiendo de fuentes sobreexplotadas y de redes de distribución poco confiables, incrementando su vulnerabilidad frente a sequías y fenómenos climáticos extremos.
Si se implementa un sistema automatizado de captación, almacenamiento y distribución de agua de lluvia, basado en sensores ultrasónicos de nivel y flujo, control electrónico mediante Arduino y visualización en tiempo real, entonces será posible optimizar el aprovechamiento del recurso hídrico, reducir pérdidas por desbordamiento y garantizar un suministro más confiable en comunidades urbanas y rurales.
Desarrollar un sistema automatizado de captación, almacenamiento y distribución de agua de lluvia que integre sensores ultrasónicos de nivel y flujo, válvulas electrónicas y un microprocesador Arduino, con el propósito de optimizar el aprovechamiento del recurso hídrico en comunidades urbanas y rurales. El sistema funcionará mediante la adquisición y procesamiento de datos en tiempo real, incorporando rutinas de control y algoritmos que regulen de manera inteligente el flujo entre cisternas, evitando pérdidas por desbordamiento y asegurando un suministro confiable.
Asimismo, contará con indicadores visuales (pantallas LCD/TFT y LEDs) que faciliten la supervisión comunitaria y brinden confianza en el funcionamiento del prototipo. En conjunto, Smart Water Cascade busca consolidarse como una plataforma integral, modular y replicable, capaz de contribuir a la resiliencia comunitaria frente a la crisis hídrica, alineándose con los Objetivos de Desarrollo Sostenible y el Plan Nacional Hídrico 2024–2030.
Objetivos particulares
Al optimizar la captación, almacenamiento y distribución de agua de lluvia, se mejora la eficiencia en el uso del recurso hídrico y se reduce la presión sobre acuíferos y redes de distribución.
Acciones clave:
Impulsa la innovación en sistemas de monitoreo y control aplicables en la gestión comunitaria del agua.
Acciones clave:
Promueve la investigación y desarrollo tecnológico en el área de la robótica, mecatrónica y gestión ambiental.
Acciones clave:
Panorama general Los sistemas de captación de agua de lluvia han sido estudiados y aplicados en diversos contextos urbanos y rurales, principalmente como soluciones complementarias al abastecimiento convencional. Investigaciones de la UNAM sobre ecobarrios y proyectos comunitarios han demostrado que la captación pluvial puede integrarse exitosamente en entornos urbanos, mientras que estudios de la BUAP han explorado prototipos basados en IoT para el monitoreo de parámetros hídricos. A pesar de su madurez conceptual, la necesidad de mejorar la confiabilidad, la eficiencia y la capacidad de integración en sistemas inteligentes mantiene vigente la investigación en esta área.
Retos en la operación y monitoreo Los sistemas tradicionales de captación suelen limitarse a la recolección y almacenamiento básico, sin mecanismos de control automatizado ni monitoreo en tiempo real. Esto genera problemas como pérdidas por desbordamiento, falta de regulación en el flujo entre cisternas y ausencia de validación de parámetros de calidad del agua. Para enfrentar estos retos, resulta indispensable implementar esquemas avanzados de control que integren sensores de alta precisión y algoritmos de supervisión adaptativa.
Técnicas de control en sistemas hidráulicos Los esquemas clásicos de captación dependen de la intervención manual, lo que resulta insuficiente ante variaciones rápidas en la intensidad de lluvia o condiciones de almacenamiento. Por ello, investigaciones recientes han explorado el uso de microcontroladores como Arduino y módulos IoT, que permiten un control dinámico y multivariable, optimizando la operación de bombas y válvulas electrónicas.
Monitoreo inteligente y digitalización El concepto de plataformas inteligentes para la gestión hídrica ha ganado relevancia. Proyectos basados en sensores ultrasónicos y comunicación inalámbrica han demostrado la viabilidad de monitorear en tiempo real el nivel y flujo de agua, así como de transmitir datos a interfaces visuales accesibles para la comunidad. Estos enfoques permiten anticipar fallos, mejorar la eficiencia y reducir costos de mantenimiento.
Brechas y oportunidades A pesar de los avances, persisten vacíos en la integración de algoritmos de control avanzado con hardware de bajo costo, así como en la validación de parámetros de calidad del agua (pH, turbidez, conductividad) en sistemas comunitarios. También resulta prometedora la combinación de técnicas híbridas, como control predictivo simplificado con módulos IoT, para optimizar el rendimiento sin comprometer la viabilidad en tiempo real. Estas oportunidades hacen evidente la necesidad de sistemas de monitoreo y control inteligentes, capaces de adaptarse a los nuevos desafíos de la crisis hídrica nacional.
Aunque el proyecto aún no se encuentra concluido en su totalidad, se han alcanzado avances significativos en las etapas de sensado de datos, transmisión de información y visualización en tiempo real. Estas fases han permitido establecer una base sólida para la integración completa del sistema de monitoreo y control de captación pluvial, asegurando la correcta adquisición y representación de los parámetros hidráulicos más relevantes.
En la fase actual, se implementó un sistema funcional donde un microcontrolador Arduino actúa como elemento central de comunicación y control inicial. Este dispositivo se conecta a sensores ultrasónicos de nivel y flujo, regulando bombas y válvulas electrónicas para garantizar un almacenamiento seguro y evitar pérdidas por desbordamiento. La información obtenida se transmite hacia un módulo de visualización comunitaria, que permite supervisar en tiempo real el estado de las cisternas mediante pantallas LCD/TFT y LEDs indicadores.
La visualización de datos se implementó a través de gráficas dinámicas, que permiten observar el comportamiento del nivel y flujo de agua en tiempo real. Estas gráficas ofrecen una interfaz intuitiva que facilita la interpretación de tendencias y variaciones, contribuyendo al diagnóstico y optimización del sistema.
En la etapa de comunicación, se contempla la migración hacia protocolos IoT como MQTT, lo que permitirá reducir la latencia en la transmisión de datos, mejorar la eficiencia del sistema y posibilitar la conexión de múltiples nodos en futuras versiones del proyecto.
En conjunto, los avances alcanzados hasta el momento representan un progreso sustancial hacia la consolidación de un sistema robusto, adaptable y eficiente para la gestión comunitaria del agua de lluvia. Las etapas futuras se enfocarán en la integración de algoritmos de análisis de datos, la incorporación de sensores de calidad del agua y la implementación de modelos predictivos que contribuyan a la sostenibilidad hídrica y a la mejora continua del sistema.
Censado de datos
Transmisión al sistema de control
Visualización de la información
Pruebas realizadas
Análisis de resultados y discusión El sistema demostró un funcionamiento satisfactorio en todas sus etapas. La comunicación entre sensores y Arduino permitió obtener lecturas estables de nivel y flujo, validando este esquema para la adquisición de datos. La transmisión hacia el módulo de visualización se realizó sin pérdida significativa de información y con tiempos de respuesta adecuados. La interfaz visual facilitó la interpretación comunitaria, cumpliendo con el objetivo de monitoreo en tiempo real. La arquitectura implementada mostró ser robusta y escalable, utilizando tecnologías estándar que favorecen el mantenimiento y la replicabilidad.
Futuras líneas de investigación
El sistema de monitoreo y control desarrollado demuestra la viabilidad de integrar adquisición de datos, procesamiento en tiempo real y visualización para la gestión comunitaria del agua de lluvia. Los resultados muestran lecturas estables de nivel y flujo, transmisión confiable de la información y una interfaz visual que facilita la supervisión comunitaria.
El proyecto establece bases sólidas para la incorporación de algoritmos predictivos que permitan anticipar fallos, optimizar el uso de bombas y válvulas, y garantizar un aprovechamiento más eficiente del recurso hídrico. Además, la arquitectura implementada valida la posibilidad de escalar hacia plataformas IoT y sistemas de supervisión remota, lo que abre el camino a aplicaciones en comunidades urbanas y rurales con diferentes necesidades de abastecimiento.
En conjunto, Smart Water Cascade se consolida como una propuesta innovadora, modular y replicable, capaz de contribuir a la resiliencia comunitaria frente a la crisis hídrica nacional. Su enfoque tecnológico y sostenible lo vincula directamente con los Objetivos de Desarrollo Sostenible y el Plan Nacional Hídrico 2024–2030, posicionándolo como una alternativa práctica y escalable para la gestión integral del agua de lluvia.
