LoRa Technology Enhanced with a Custom-Designed High-Gain Yagi-Uda Antenna for Data Transmission from Misti Volcano Monitoring to Arequipa City - Arana Medina, Flor De Milagro Yesit (2025)
Perú se ubica en el Cinturón de Fuego del Pacífico, una región caracterizada por una intensa actividad sísmica y un alto riesgo de erupciones volcánicas. Dentro de este contexto, el Volcán Misti destaca por ser clasificado como de alto riesgo, debido tanto a su actividad volcánica continua como a la proximidad de una densa población, que se estima en alrededor de 1 millón de habitantes. Esta situación ha motivado el monitoreo constante del volcán, inicialmente a cargo del Observatorio Vulcanológico del Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (INGEMMET) durante la última década, y, a partir de 2021, por el Centro Nacional Vulcanológico (CENVUL) del Instituto Geofísico del Perú (IGP).El estudio y monitoreo de la actividad volcánica resultan fundamentales, no solo por el valor científico de comprender los procesos geológicos, sino también por la importancia humanitaria de prevenir y mitigar desastres naturales que pueden tener consecuencias devastadoras. Para ello, se emplean diversas metodologías que se basan en tecnologías de teledetección y observación espacial. Entre estas técnicas se destacan el uso de sensores de Radar de Apertura Sintética (SAR) y la adquisición de imágenes ópticas mediante satélites como Aqua, PeruSat-1 y Landsat, los cuales permiten obtener una visión detallada de la actividad del volcán y sus alrededores. Sin embargo, la efectividad de estos sistemas de monitoreo puede verse comprometida por condiciones climáticas adversas. Por ejemplo, durante los periodos de lluvia, la presencia de nubes y otras condiciones atmosféricas pueden interferir en el funcionamiento de los sensores ópticos e infrarrojos, lo que limita la capacidad para obtener datos precisos y actualizados en tiempo real. Esta limitación evidencia la necesidad de complementar las técnicas de monitoreo remoto con otras metodologías que aseguren una vigilancia continua y confiable de los volcanes de alto riesgo, como el Misti. Se presenta el diseño e implementación de una antena Yagi-Uda de siete elementos para una frecuencia UHF de 433.25 MHz, optimizada mediante el algoritmo Pattern Search para alcanzar una directividad de 11.9 dBi y un coeficiente de reflexión de −27.08 dB. Inspirado en la carencia de infraestructura para el monitoreo del Volcán Misti, se simuló un enlace de radio colocando el transmisor en el volcán y el receptor en la ciudad de Arequipa, a aproximadamente 16 km de distancia, utilizando la tecnología LoRa con el módulo E220-400T30D. Este enlace presentó un margen de 19.9 dB por encima del mínimo requerido para una recepción confiable. Además, se validó el diseño mediante un sistema de comunicación a pequeña escala basado en un módulo Raspberry Pi Pico, que transmitía datos de sensores (BME680 y ADXL345) a una frecuencia de 1 Hz durante 30 minutos. Los tiempos de transmisión analizados (aproximadamente 72 ms para 8 parámetros y 98 ms para 12 parámetros de 32 bits) demostraron que el sistema cumple con los requisitos temporales establecidos. El estudio también consideró la integración de equipos GNSS de alta precisión, los cuales generan archivos RINEX diarios de aproximadamente 3 MB; a pesar de que el envío completo de estos archivos requiere alrededor de 21 minutos, el intervalo de transmisión (generalmente superior a 5 minutos debido a la lenta variación de las variables ambientales) permite su incorporación sin afectar el diseño del enlace basado en IoT. En conclusión, la plataforma diseñada es flexible y escalable, permitiendo agregar sensores más precisos sin comprometer la confiabilidad de la transmisión del enlace radio.