Las tecnologías disruptivas aportan a la ingeniería civil en general, y a la hidráulica en particular, un amplio espectro de posibilidades para mejorar el diseño, construcción, operación y mantenimiento de los sistemas y obras con una precisión nunca lograda. Su empleo en muchas partes del mundo es cada día más común, y es importante que el sector relacionado con el recurso agua y el medio ambiente de México se suba a este tren tecnológico. El sector agua es uno de los que más ha tardado en adoptar las tecnologías 4.0.
Felipe I. Arreguín Cortés Ingeniero civil con doctorado en Hidráulica. Vicepresidente del CICM, profesor de la División de Estudios de Posgrado de la FI UNAM y consultor en el II UNAM.
Fernando J. González Villarreal Ingeniero civil con doctorado en Ingeniería. Coordinador técnico de la Red del Agua y del Programa de Manejo, Uso y Reúso del Agua en la UNAM, investigador en el II UNAM.
Una tecnología disruptiva es una innovación que llega para sustituir un proceso, un producto o una tecnología ya establecida; origina una nueva forma de operación para los consumidores, las organizaciones o para ambos, transforma una solución y la reemplaza porque tiene atributos superiores que permiten abrir nuevas posibilidades.
Los cinco países con mayor registro de tecnologías relacionadas con el agua en el mundo son Estados Unidos, Corea, Alemania, China y Japón, con alrededor del 70% entre los cinco; y las naciones que cuentan con el mayor número de empresas productoras de tecnología son Estados Unidos, seguido por China, Reino Unido y Alemania.
Tabla de Tecnologías Disruptivas
La Tabla de Tecnologías Disruptivas fue creada por Richard Watson y Anna Cupani, del Imperial College de Londres (2018), inspirados en la tabla periódica de elementos químicos, con objeto de clasificar y de alguna manera calificar a las tecnologías disruptivas (véase figura 1).
En esa tabla, a semejanza de la periódica, pueden notarse los símbolos de las tecnologías: por ejemplo, Va significa agricultura vertical (del inglés vertical agriculture); justo debajo del símbolo aparece el nombre de la tecnología, y más abajo un numeral que indica los casos de empleo de la tecnología reportados al momento de elaborar la tabla, y finalmente en el ángulo inferior derecho aparece el tema en el que se ha agrupado la tecnología. Por otro lado, los símbolos de las tecnologías están presentados en colores que corresponden a tres horizontes: 1) en verde, de utilización actual; 2) en amarillo, en un futuro cercano entre 10 y 20 años; 3) en rojo, en un futuro distante, 20 años o más; además, en gris se muestra la tecnología marginal, definida como “altamente improbable pero no imposible.”
Tecnologías empleadas en México
En el sector hidráulico mexicano se emplean varias de las tecnologías señaladas anteriormente; en lo que sigue se describen algunas de ellas.
Satélites
Dentro del sector hídrico, es en el campo de la meteorología donde más se utilizan los satélites. Los cinco geoestacionarios que operan en órbita alrededor del Ecuador y los dos de órbita polar proporcionan datos del tiempo y el clima en periodos relativamente cortos, y desde el inicio de su empleo en la década de 1960 cambiaron drásticamente el monitoreo, seguimiento y pronóstico de los ciclones tropicales; por ejemplo, el satélite GOES 16, que es capaz de ver la Tierra a través de 16 bandas espectrales, incluyendo dos canales visibles, cuatro infrarrojos cercanos y 10 infrarrojos.
El Servicio Meteorológico Nacional (SMN) cuenta con una estación terrena receptora de imágenes de ese satélite. En dicha estación se reciben imágenes cada 5 minutos de diferentes bandas: dos visibles, 11 infrarrojas y tres de vapor de agua. Esta infraestructura se une a una red integrada por 76 observatorios meteorológicos, una red sinóptica de altura que consta de 15 estaciones de radiosondeo; una red de 13 radares meteorológicos (con ello puede conocerse la intensidad de la precipitación, lluvia, granizo o nieve), la altura y densidad de las nubes y su desplazamiento, así como la velocidad y dirección del viento, en un radio máximo de 480 km alrededor de cada radar.
Además, en el ámbito de los recursos hídricos, la información satelital tiene numerosas aplicaciones; las imágenes facilitan la localización de bordos, presas, canales, acueductos y otros elementos de infraestructura hidráulica. Mediante interferometría pueden identificarse cambios en el relieve topográfico con precisión de centímetros; se han analizado casos como el hundimiento del terreno provocado por la extracción de agua del subsuelo en varios sitios de la República mexicana.
El análisis de imágenes de satélite puede proporcionar información, indirecta o directa, para identificar cambios en la vegetación y en los cuerpos de agua, así como la pérdida de terreno continental en zonas costeras por efecto del ascenso del nivel del mar y algunos parámetros de calidad del agua en cuerpos receptores.
En el campo de la geohidrología y la hidrología, las tecnologías de la percepción remota, basadas en la interpretación de imágenes de satélite, han tenido un gran desarrollo y una amplia variedad de aplicaciones, con la ventaja de que cubren grandes extensiones geográficas, con frecuencia variable (mensual, anual, diaria), y obtienen información que sería imposible recabar con métodos terrestres, especialmente en extensas zonas rurales de topografía abrupta, de difícil acceso, retiradas de vías de comunicación y con inseguridad creciente. En México utilizan estas tecnologías el Servicio Geohidrológico Mexicano, el Servicio Geológico Mexicano, la Comisión Nacional del Agua y universidades, escuelas e institutos de investigación.
En el campo de la hidrología subterránea es posible su utilización en la estimación del nivel del manto freático, la identificación de zonas que contengan posibles nuevas fuentes de abastecimiento, la estimación del agotamiento del recurso o la visualización del hundimiento del suelo inducida por extracción de aguas subterráneas.
En el sector hidroagrícola, conociendo las superficies y los cultivos correspondientes, con imágenes de satélite se pueden obtener estimaciones muy confiables de los volúmenes de agua aplicados al riego por usuario y compararlas con los volúmenes concesionados, a nivel estacional o anual. Se han desarrollado tecnologías para evaluar la evapotranspiración real a partir de mediciones de temperatura realizadas desde satélites; estos resultados son de utilidad para el análisis de las sequías y la determinación del caudal ecológico. Los utilizan ampliamente la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural, universidades, empresas particulares y productores.
Lidar
La tecnología lidar (light detection and ranging) es un instrumento formado por un dispositivo emisor de un rayo láser, montado por ejemplo en una avioneta o un dron, hacia un receptor, por medio del cual se mide la distancia del emisor a una superficie reflejante. Su empleo en México es amplio desde hace varios años; se utiliza para hacer levantamientos topográficos, hidrológicos, de cubierta vegetal y de ubicación de infraestructura (presas, canales, acueductos, carreteras, puentes y edificios), entre otros.
Drones
En el campo de la ingeniería hidráulica, los drones se utilizan para el reconocimiento de boquillas y cortinas de presas, de zonas inundadas y de áreas agrícolas afectadas; delimitación de zonas federales e inundables; revisión de cauces, zonas de derrumbes y otros accidentes (fallas de puentes, cuerpos de carreteras o túneles); exploración de zonas de difícil acceso; supervisión y control de incendios; registros de calidad del agua; supervisión de la operación de compuertas de presas y levantamientos topográficos. En agricultura se pueden utilizar para estimar la cantidad de agua utilizada por los cultivos, controlar plagas, detectar el estrés hídrico, realizar inventarios de áreas de cultivo, supervisar el uso óptimo de fertilizantes y aplicar herbicidas, así como estimar diversos índices de calidad de cultivos.
Entre los distintos equipos modernos para la medición de flujo, uno que se destaca por su aplicación en lugares de difícil acceso, y que a su vez es muy versátil, es el perfilador acústico de efecto doppler (acoustic doppler current profiler, moving boat, ADCP). En México esta tecnología se utiliza en la Comisión Nacional del Agua, en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua y actualmente varias empresas cuentan con ella.
Robots
En el sector agua mexicano, los robots se han utilizado sobre todo en el área del agua potable y alcantarillado para la inspección de tuberías, pozos de visita e interconexión de tomas domiciliarias o descargas a las redes principales para monitorear, inspeccionar y dar mantenimiento a estructuras de drenaje profundo. En el mercado existe una buena cantidad de estos robots que se pueden adquirir con facilidad. Varios organismos operadores, empresas e instituciones de investigación y desarrollo cuentan con ellos. Robots submarinos más sofisticados se han utilizado para inspección de cortinas de presas, fondos de lagos o redes de pozos y plataformas petroleras.
Impresoras 3D
En el campo de la ingeniería son muchos los usos que se le puede dar a la tecnología de impresión 3D. Los laboratorios de hidráulica, por ejemplo, pueden fabricar a la escala deseada cualquier objeto que se desee simular –una turbina, una lumbrera– o construir cualquier topografía con todas las obras de una presa (cortina, obra de desvío, vertedor, obra de toma) con la precisión que se pueda incluir en el programa que se desarrolle para la computadora. Con la nueva tendencia en la ingeniería hidráulica de los micromodelos, sin duda alguna las impresoras 3D serán de gran utilidad.
Además, muchas teorías o modelos teóricos que actualmente se desarrollan podrán construirse físicamente para tener una mejor comprensión de los fenómenos que en la actualidad quedan solamente a nivel de imágenes en la pantalla de una computadora. El Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, varias universidades y algunas empresas utilizan esta tecnología.
Big data
Big data es la cantidad inmensa de datos (petabytes o exabytes) que se colecta, almacena y analiza en las redes con un objetivo determinado. El empleo de esa información mediante poderosos programas de cómputo permite establecer tendencias de fenómenos con una gran precisión. En materia de hidrología, un caso de aprovechamiento de esta tecnología es el relacionado con la predicción climática que hace el SMN, que permite pronosticar eventos para los cuales habría que construir infraestructura orientada a aumentar la resiliencia de una ciudad, obra o región.
Empleo de las tecnologías en forma de sistemas
Algunas combinaciones de varias de estas tecnologías con un objetivo general son la agricultura de precisión, la agricultura vertical, la desalación a gran escala y las ciudades hidrointeligentes.
La agricultura de precisión se ha utilizado desde los años ochenta integrando tecnologías digitales en los países agrícolas más avanzados del mundo. En México, estados como Guanajuato, Sinaloa y Jalisco emplean desde finales de los noventa y principios de este siglo técnicas como sistemas de información geográfica, imágenes satelitales y aéreas, tractores autónomos, lidar y drones, entre otros, aunque no con una integración total como agricultura de precisión. Varias instituciones desarrollan esta tecnología además de una buena cantidad de empresas privadas.
La agricultura vertical es una tecnología que está siendo fuertemente impulsada por las instituciones de investigación mexicanas, las cuales incluso se han convertido en incubadoras de empresas; ahora es fácil conseguir en la red información de varias de estas ofreciendo sus servicios (véase figura 3).
Por otro lado, en México no existen desaladoras de gran escala. La primera planta de mediana dimensión se construyó en la década de los sesenta junto a la central termoeléctrica de Rosarito, en Baja California, y en su época fue considerada una de las más grandes del mundo, con una capacidad de 320 litros por segundo.
A partir de 1970 y hasta el año 2000 tuvieron auge las desaladoras para complejos turísticos y para la purificación de agua embotellada. En 2003 se concretó el proyecto de la desaladora Maquilas Tetakawi, con una producción de 11.76 l/s, de uso industrial.
En 2005 se puso en marcha la desaladora Guaymas-Empalme, con una producción de 200 l/s (véase figura 4). En 2006 se construyó la planta de Los Cabos, que produce 200 l/s de agua y abastece a una parte de Cabo San Lucas.
El sector turístico también ha construido plantas desalinizadoras, como la ubicada en Litibú, Nayarit, que tiene una capacidad de producción de 40 l/s de agua, y recientemente el sector agrícola, en particular el vitivinícola, ha construido pequeñas desaladoras.
Ciudades hidrointeligentes
Un ejemplo de cómo se pueden combinar varias de las tecnologías de la cuarta revolución industrial para dar solución a los problemas relacionados con la sociedad, economía, gobernanza, movilidad, medio ambiente y vivienda mediante el uso de tecnologías de la información y la comunicación (TIC) son las ciudades hidrointeligentes.
Una ciudad hidrointeligente permite a los ciudadanos interactuar con el agua de forma multidisciplinaria, y hace posible que los servicios se adapten en tiempo real a sus necesidades de forma eficiente en calidad y costos ofreciendo datos abiertos, soluciones y servicios orientados para resolver los efectos del crecimiento de las ciudades a través de la integración de infraestructuras con sistemas de gestión inteligente.
En México, varios organismos operadores, por ejemplo los de la Ciudad de México, Guadalajara, Puebla y Monterrey, han utilizado tecnologías como las mencionadas sin el planteamiento de ciudad hidrointeligente, lo que ha llevado a crear una gran cantidad de información que, al no conectarse con otras partes del sistema, termina siendo más un problema que una solución.
Tecnologías existentes con potencial de uso en México
Existen tecnologías que deberían aprovecharse en el sector hidráulico, como aquellas desarrolladas para incrementar el valor de los datos del agua, la creación de valor de los desperdicios, el incremento del uso de big data y del análisis predictivo, los hogares e infraestructura inteligentes, el manejo de infraestructura envejecida, las tecnologías láser para monitorear contaminación y uso ilegal del agua, los paneles flotantes en cortinas y embalses de presas, hidroponía inteligente, ganadería controlada, la recuperación de calor residual del agua, el intercambio de datos a través de la infraestructura, las tecnologías de nanomembranas, los hogares de cero descargas, la recolección de energía vibratoria de la lluvia, la obtención de agua de la humedad del medio ambiente a mayor escala que la actual, las tuberías autorreparables, la reducción de la demanda usando electrodomésticos inteligentes, el uso de aparatos del hogar inteligentes para identificar contaminantes que ingresan en el sistema, el desarrollo de bacterias programables y el empleo de la inteligencia artificial para optimizar sistemas, entre otras.
Conclusiones
El término “tecnologías disruptivas” puede conducir a la toma de decisiones equivocadas; muchas veces estas son ideas o proyectos que crean falsas expectativas. Es importante conocer cómo se desarrolla una tecnología (curva S) y cuáles son realmente los problemas que se quiere resolver con ellas.
México utiliza tecnologías de muy alto desarrollo, como las empleadas en materia de meteorología (espacios en los que se debe incrementar la ciberseguridad), pero en el otro extremo aún existen deficiencias en campos tan elementales como la medición del agua a nivel urbano.
El conocimiento de las tecnologías utilizadas en México se encuentra disperso; normalmente no están integradas a sistemas, y en ocasiones generan tal cantidad de datos que no se emplean, pues no existe una correspondencia con los objetivos de la elección de la tecnología o el sistema.
La adopción del enfoque de ciudades hidrointeligentes presenta retos financieros, tecnológicos y de adaptación de políticas públicas; no obstante, también representa beneficios tangibles, entre los que destacan la reducción de costos, el mejor manejo del agua, la protección y preservación del ambiente y el aumento en la confiabilidad del sistema. En diversas partes del mundo se ha complementado con otros enfoques, como las soluciones basadas en la naturaleza y la agricultura inteligente, lo que ha dado como resultado no solo una mejora sustancial en la gestión del agua, sino también en la calidad de vida de sus ciudadanos. Sin embargo, existe todavía un vacío para complementar estas ciudades ideales: el ciudadano hidrointeligente (González, 2022).
Existe una buena cantidad de tecnología desarrollada que no se utiliza en México y que es de relativo fácil acceso. Es preciso modificar las políticas públicas en ese sentido y asignar los recursos necesarios para ello
Referencias
González V., F (2022). Lograr que CU y sus usuarios sean hidrointeligentes, meta de Pumagua. Boletín UNAM 555.
Watson, R., y A. Cupani (2018). Tabla de tecnologías disruptivas. Londres: Imperial College.
