Mathematical and computational modeling for the design of smart cities in Ecuador / Roger Joel Yangali Sánchez ; tutor Israel Gustavo Pineda Arias

Trabajo de integración curricular (Matemático/a). Universidad de Investigación de Tecnología Experimental Yachay. Urcuquí, 2022

Incluye referencias bibliográficas (páginas 71-80)

Trabajo de integración curricular con acceso abierto

Texto (Hypertexto links)

Durante la última década, se han invertido billones de dólares en la planificación e implementación de ciudades inteligentes en todo el mundo. Encontrar nuevas formas inteligentes de mantener la infraestructura de una ciudad es crucial. Si la infraestructura no está preparada para satisfacer las demandas del crecimiento rápido de la población humana, la ciudad y todos sus ciudadanos podrían sufrir graves consecuencias. Estas demandas incluyen necesidades básicas como aire y agua limpia, vivienda y alimentos. Una ciudad que supervisa sus recursos naturales puede prosperar por períodos más prolongados. Las ciudades que no satisfacen las necesidades básicas de sus ciudadanos colapsan debido a la superpoblación, la contaminación del aire y el agua, la falta de alimentos y de espacio para viviendas. Debido a las mejoras en la tecnología, los medicamentos, la salud y la seguridad, los humanos tienden a vivir más tiempo, formar familias más grandes, migrar más lejos y crear ciudades más grandes. A medida que la población y las ciudades se expanden, se necesita más trabajo de construcción. Para satisfacer la demanda creciente se fabrican viviendas, carreteras y vehículos adicionales. Este trabajo adicional de construcción utiliza vastos recursos y emite enormes cantidades de contaminación a la atmósfera y las vías fluviales. Las ciudades inteligentes se centran en gestionar los recursos disponibles y encontrar soluciones que ayuden a mejorar la calidad de vida de sus ciudadanos. Las ciudades inteligentes ayudan a proporcionar áreas seguras para que las familias disfruten, ofrecen mejores opciones de vivienda, proporcionan alimentos asequibles, contribuyen con avances tecnológicos y diseñan métodos innovadores para reducir la peligrosa contaminación que se libera a la atmósfera. Los altos niveles de contaminación pueden afectar negativamente al medio ambiente, así como a la salud y la vida de todos los residentes. El tráfico juega un papel importante en la creación de contaminación y la liberación de desechos peligrosos al medio ambiente. La Agencia de Protección Ambiental (APA) de los Estados Unidos calculó que las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) del transporte representan aproximadamente el 29 % de todas las emisiones de GEI de EE. UU. Esto hace que el transporte sea el mayor contribuyente de emisiones de GEI en los EE.UU. Al día de hoy, Ecuador no cuenta con una APA que ayude a monitorear y rastrear los niveles de emisiones generadas por el transporte. No hay datos estadísticos recopilados previamente sobre las emisiones de GEI. Las personas no son conscientes de que están en peligro debido a los altos niveles de contaminación en el medio ambiente. Por otro lado, países como Estados Unidos, Alemania, Suecia, Italia y Japón han estado recopilando datos sobre GEI durante décadas. Les permite comparar los niveles de emisiones anuales de ciudades enteras. Utilizan esta información para mejorar o crear nuevas regulaciones cuando los niveles de emisiones de GEI son demasiado altos. Las emisiones vehiculares generan partículas que no son detectables por el ojo humano. Son más pequeños que los glóbulos rojos, con tamaño menor a 100 nanómetros y pueden translocarse por todo el cuerpo humano. Esto crea un efecto negativo a largo plazo a los residentes, deteriorando su salud mucho más rápido, aumentando los costos de medicamentos y los tratamientos hospitalarios. Las cinco partículas principales que emiten los vehículos mientras están en uso son monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos (HC), material particulado (PMx) y óxidos de nitrógeno (NOx). El CO2 es conocido por atrapar el calor dentro de la atmósfera, contribuir a cambios climáticos, aumentar la probabilidad de incendios forestales y crear problemas respiratorios por smog y la contaminación en el aire. El CO es similar al CO2, también contribuye al cambio climático, afecta drásticamente al clima y no permite absorber el oxígeno en el torrente sanguíneo. Las emisiones de HC se generan cuando el aceite de automóvil se derrama al suelo. Esta es la causa principal de contaminación por hidrocarburos en las vías fluviales. PMx es una de las emisiones más peligrosas y existen dos tipos diferentes de partículas. Una partícula es menor a 10 micrómetros de diámetro (PM10). La segunda partícula es más pequeña, menos de 2.5 micrómetros (PM2.5). El PM2.5 puede viajar fácilmente al interior de los pulmones y afectar directamente a los órganos. Causa asma agravada, tos y muerte prematura en personas con enfermedades cardíacas o pulmonares. Finalmente, NOx sirve para representar el óxido nítrico (NO) como el dióxido de nitrógeno (NO2). El NO es similar al CO, tampoco permite absorber oxígeno en el torrente sanguíneo y se sabe que el NO2 aumenta la probabilidad de lluvia ácida en el medio ambiente. Encontrar nuevos métodos y enfoques para reducir las emisiones de GEI ayudará a preservar y mejorar la calidad de vida de todos los ciudadanos. No hace falta decir que esto deber´ıa ser de suma importancia para los funcionarios gubernamentales y los encargados en aprobar nuevas regulaciones ambientales. Realizar un método apropiado, conveniente y relativamente económico para monitorear el tráfico y las emisiones vehiculares es un tema indispensable para una ciudad inteligente. Esto permite una mejor toma de decisiones por parte de los administradores públicos y los ciudadanos. Los funcionarios gubernamentales pueden utilizar los datos recopilados sobre el tráfico y las emisiones vehiculares para regular las emisiones vehiculares (por ejemplo, restringiendo la circulación de vehículos en ciertas áreas o creando nuevas leyes ambientales para las emisiones de los vehículos). Con resultados estadísticos adicionales, los ciudadanos pueden tomar mejores decisiones mientras conducen, lo que les permite llegar a su destino mucho más rápido. Las carreteras se pueden construir de mejor manera y más eficiente mientras se utilizan todos los recursos disponibles a la mejor capacidad. Existe una variedad de métodos para detectar y medir el tráfico, pero crear una implementación generalizada en toda una ciudad puede resultar bastante costoso y difícil de implementar. Por esta razón, se han desarrollado enfoques alternativos que nos permiten estimar las emisiones vehiculares en cualquier ciudad con base a mediciones de tráfico obtenidas en la vida real. En este trabajo se ha diseñado e implementado un procedimiento para simular el flujo de tráfico en las ciudades de Guayaquil e Ibarra, Ecuador. Este procedimiento ayuda a obtener datos estadísticos útiles sobre las cinco emisiones de GEI mencionadas anteriormente para ambas ciudades y obtener una comparación. Más específicamente, hemos implementado un enfoque que combina las mediciones de tráfico obtenidas en la vida real con el uso del programa de Simulación de Tráfico de Movilidad Urbana (SUMO). Utilizando mapas de carreteras precisos para cada ciudad y las mediciones de tráfico obtenidas en la vida real, se pueden crear simulaciones del mundo real. STMU nos permite la capacidad de analizar las emisiones vehiculares obtenidas a lo largo de la simulación. El objetivo final de este trabajo es recopilar y almacenar los datos estadísticos generados para que los funcionarios gubernamentales los utilicen al crear regulaciones para las emisiones de GEI. Mejorar la calidad del aire y reducir las emisiones vehiculares ayudará a preservar la salud de todos los residentes y será el primer paso para que Ibarra y Guayaquil se conviertan en ciudades inteligentes.

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