DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN VIVERO TIPO HIDROPÓNICO
ALEJANDRO NORIEGA CUELLAR LINDA GABRIELA MUÑOZ
ING. JEISON TACUÉ GONZALES
UNIVERSIDAD DEL CAUCA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES POPAYÁN 2016
TABLA DE CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN
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1.
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ESTADO DEL ARTE 1.1
AVANCES.............................................................................................. 4
1.2
ASPECTOS A MEJORAR ..................................................................... 4
2. REQUERIMENTOS...................................................................................... 5 2.1
REQUIREMIENTOS TÉCNICOS Y AMBIENTALES ............................. 5
2.2 REQUERIMENTOS DE USUARIO ........................................................ 5 3. OBJETIVOS ................................................................................................. 6 3.1 OBJETIVO GENERAL .......................................................................... 6 3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ................................................................. 6 4. DIAGRAMA MODULAR ............................................................................... 7 4.1 FASE MODULAR 1................................................................................ 7 4.2 FASE MODULAR 2................................................................................ 7 4.3 FASE MODULAR 3................................................................................ 8 5. METODOS Y TECNICAS ............................................................................. 9 6. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES .......................................................... 10 7. FASES DE EXPLORACIÓN ....................................................................... 11 7.1 PRIMERA FASE .................................................................................. 11 7.2 SEGUNDA FASE ................................................................................. 11 7.3 TERCERA FASE ................................................................................. 11 8. PRESUPUESTO ........................................................................................ 12 9. CONDICIONES DE ENTREGA .................................................................. 13 10. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 14 11. ANEXOS ................................................................................................. 15
INTRODUCCIÓN El aumento de la población mundial supone un gran reto a futuro, a medida que aumenta nuestra población, la tierra cada día se encarece más y los espacios para siembra están limitados, desgastados y contaminados. Es entonces cuando la hidroponía se ofrece como una alternativa importante al generar más producción en menos terreno y sin peligro de la contaminación (Alpízar, 2004). Terrarium es un sistema inteligente tipo invernadero el cual será capaz de controlar y monitorear factores ambientales internos tales como: temperatura y humedad, poseerá un sistema de iluminación y ventilación que creara un ambiente adecuado para el desarrollo de las plantas, en este caso un cultivo de lechuga, para la irrigación de nutrientes la técnica a utilizar será “NFT (Nutr ient Film Tchnique)”, que traducida al español es “la técnica de la película de nutriente”, este sistema se basa principalmente en la reducción de costos y
comprende una reducción en diseños, en donde el principio básico de circulación continua o intermitente de una fina capa de solución nutritiva a través de las raíces, por una serie de canales de PVC. Este tipo de sistemas de producción de hortalizas puede ser empleado en otras especies de plantas, como por ejemplo en cultivos forestales donde comúnmente son utilizados como huertos clónales de diferentes especies para la producción de material vegetal de individuos con características específicas para aumentar la producción de madera.
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1. ESTADO DEL ARTE 1.1
AVANCES
Los nuevos materiales permitieron, por ejemplo, el desarrollo a escala comercial de la agricultura protegida (cultivos en invernadero); el modernismo permitió la introducción de los más recientes avances de la electrónica, la informática (hardware y software) para el control y ejecución de actividades y de las nuevas tecnologías en comunicaciones e información geográfica, que han hecho de la automatización del cultivo hidropónico una realidad y una tendencia cada vez más generalizada con los consecuentes beneficios económicos y de manejo. Además del progreso logrado con el uso del plástico y el definitivo aumento de la producción por las mezclas nutrientes mejoradas, otro factor de gran importancia para el futuro es el desarrollo económico y uso de hardware para el control ambiental de los invernaderos (Beltrano, 2015).
1.2
ASPECTOS A MEJORAR
La relación entre la fenología de los cultivos y su nutrición es compleja, hay muchas cosas por mejorar, la nutrición vegetal es y debe ser cada vez más precisa. Además, el hecho que, el avance tecnológico, ha permitido la instalación de invernaderos para plantaciones hidropónicas en los lugares más remotos del planeta, hace que en cada lugar (latitud, longitud, entorno, etc.) para asegurar el éxito de la actividad se deben realizar los correspondientes ajustes (Beltrano, 2015). Los cultivos hidropónicos requieren de fertilizantes, y son más costosos de producir requieren de una altísima inversión por parte del productor, la eutrofización de aguas con este sistema es mayor, la hidroponía contempla un porcentaje de aguas de drenaje para extraer los nutrientes desbalanceados de la solución nutritiva usada, esto necesariamente contaminara aguas subterráneas, ríos y lagos (Hernández, 2014).
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2. REQUERIMENTOS
2.1
REQUIREMIENTOS TÉCNICOS Y AMBIENTALES
Se debe garantizar que la planta cuente con el suministro adecuado de nutrientes, en este caso al tratarse de lechuga Batavia ( Lactuca Sativa Longiforme ), requiere en mayor cantidad nutrientes como: Nitrógeno, Fosforo y Potasio; en niveles intermedios: Azufre, Calcio y Magnesio; y en niveles mínimos: Hierro, Manganeso, Cobre, Zinc, Boro, Molibdeno, (García Zumel, 2013). Nutrientes como el Nitrógeno influye en el color verde intenso de la plata, fomenta el rápido crecimiento, aumenta la producción de hojas. El fosforo ayuda la rápida formación y crecimiento de raíces; A su vez el Potasio ayuda a brindar resistencia ante enfermedades, (Guitierrez, 2011). En cuanto a la iluminación se propone utilizar leds como fuente de excitación fotosintética y morfogenética. La luz azul cuya longitud de inda está entre (400-500nm) tiene un efecto inhibiotico sobre el crecimiento de las plantas, por lo que puede ser usada como la alternativa más adecuada para el desarrollo de la planta, (Navas, Castro, Durán, 2010).
2.2
REQUERIMENTOS DE USUARIO
Principalmente se requiere diseñar e implementar un sistema tipo invernadero donde se pueda controlar condiciones ambientales internas, así mismo Implementar un sistema de iluminación artificial y un sistema de riego de nutrientes automático. Adaptar un sistema de ventilación que pueda controlar condiciones internas de humedad. También se requiere plantear una interfaz gráfica, donde el usuario en tiempo real podrá conocer aspectos ambientales dentro del sistema facilitando la toma de decisiones óptimas para el normal desarrollo del cultivo.
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3. OBJETIVOS
3.1
OBJETIVO GENERAL
Plantear un sistema integrado y sustentable que sea capaz de brindar las condiciones necesarias para el apto desarrollo de un cultivo de lechuga.
3.2
OBJETIVOS ESPECIFICOS
•
Implementar los conocimientos previamente adquiridos en áreas de programación, montaje de circuitos entre otras.
•
Transmitir los cuidados que se deben tener en la producción de la hortaliza a través de la hidroponía.
•
Realizar una interfaz gráfica de usuario, capaz de mostrar en tiempo real el estado de los factores en el sistema.
•
Utilizar materiales y sistemas de energías renovables que sean amigables con el medio ambiente.
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4. DIAGRAMA MODULAR
FASE 3
FASE 1
Se hace una exploración de los principales sensores a utilizar, así como su codificación por medio de lenguaje de programación para la recolección de la información.
•
4.1
FASE 2 Por último se unifica la parte de control con la estructura, para posterior a eso relizar una serie de pruebas y la implementación final de todo el sistema.
•
Se plantea el desarrollo estructural del resinto, así como los mecanismos de irrigación, ventilación e iluminación.
•
FASE MODULAR 1
Por medio de esta fase se hace un análisis de las diferentes técnicas a utilizar, tales como, lenguaje de programación a usar, tipo se sensores, variables ambientales a controlar, mecanismos de riegos, ventilación, iluminación, sustratos, materiales para la construcción de la estructura, etc. Gracias a esta fase se posible la abstracción de los conceptos más importantes a desarrollar, también nos otorga una estimación del presupuesto requerido para la normal ejecución del proyecto.
4.2
FASE MODULAR 2
A través de esta misma se plantea el desarrollo estructural a escala real del invernadero, para posterior a eso realizar una integración de los avances realizados previamente en las fases de exploración, y el desarrollo de otros sistemas importantes para el normal desarrollo del cultivo. También se procederá a realizar la siembra y germinación de las plantas en un almacigo.
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4.3
FASE MODULAR 3
Una vez transcurridos de 30 a 40 días después de la siembra, la lechuga se trasplantará cuando tenga de 6 a 8 hojas y una altura aprox. de 8 centímetros desde el cuello del tallo hasta la punta de las hojas, hacia el sistema completamente terminado, para la realización de un plan de pruebas y análisis de los resultados obtenidos.
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5. METODOS Y TECNICAS Para el puntual desarrollo de todo el proyecto se utilizará un sistema de prototipado Arduino, que es una plataforma de hardware de código abierto, basada en una placa con entradas y salidas, analógicas y digitales, en un entorno de desarrollo que está basado en el lenguaje de programación Processing. Así mismo mediante la utilización de sensores Digitales que permitan la captación de los factores considerados vitales en el normal desarrollo del cultivo, también a su vez es muy importe recalcar que deseamos que el proyecto sea lo más amigable posible con el medio ambiente, para esto se optará por utilizar energías renovables, tales como la luz solar para la alimentación de sistemas de iluminación y ventilación al interior del invernadero.
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6. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES FEBRERO MARZO ABRIL MAYO 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
SEMANA/ACTIVIDAD 1
Planeación del proyecto.
2
Desarrollo de la primera fase de exploración. Desarrollo de la segunda fase de exploración. Desarrollo de la tercera fase de exploración. Construcción de la maqueta y sistemas de riego, ventilación e iluminación. Integración de sensores e implementación de sistemas de control de T° y humedad. Siembra de las semillas en el almacigo. Trasplante de las plantas al sistema. Plan de pruebas.
3 4 5 6 7 8 9
Alejandro N.-Gabriela M. Alejandro N.-Gabriela M. Alejandro N.-Gabriela M. Alejandro N.-Gabriela M. Alejandro N.-Gabriela M. Alejandro N.-Gabriela M. Alejandro N.-Gabriela M. Alejandro N.-Gabriela M. Alejandro N.-Gabriela M.
10 Análisis de resultados. 11
Desarrollo restantes.
de
RESPONSABLES
Alejandro N.-Gabriela M.
Actividades
Alejandro N.-Gabriela M. 10
7. FASES DE EXPLORACIÓN
• •
Primera Fase
•
Segunda Fase
•
Tercera Fase
Interacción con el sensor de temperatura y humedad. Desarrollo de algoritmo para el despliegue de información en el Display LCD. Desarrollo de un aplicativo movil que permite recibir la infomarción arrojada por el sensor vía bluetooth en un dispositivo móvil.
Diseño del sistema estructural a escala por medio de planos.
7. FASES DE EXPLORACIÓN
• •
Primera Fase
•
Segunda Fase
•
Tercera Fase
7.1
Interacción con el sensor de temperatura y humedad. Desarrollo de algoritmo para el despliegue de información en el Display LCD. Desarrollo de un aplicativo movil que permite recibir la infomarción arrojada por el sensor vía bluetooth en un dispositivo móvil.
Diseño del sistema estructural a escala por medio de planos.
PRIMERA FASE
Durante el desarrollo de esta actividad de exploración con ayuda de un sensor digital de temperatura y humedad DHT11, y un display LCD 16x2, interconectados y programados por medio de una placa experimental Arduino MEGA®, se realizaron mediciones de temperatura y humedad en el laboratorio.
7.2
SEGUNDA FASE
Para el desarrollo de esta fase se planteó el desarrollo de un aplicativo móvil capaz de recibir la información de temperatura y humedad enviada a través de un módulo Bluetooth ® HC-11. El desarrollo de la aplicación se logró gracias a la plataforma MIT App Inventor.
7.3
TERCERA FASE
Durante el trascurso de esta, se logra diseñar un modelo estructural del recinto y también del sistema de riego, posterior a eso se decide que lo siguiente debe ser la fabricación de la estructura para su posterior integración con los sistemas previamente desarrollados.
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8. PRESUPUESTO ARTICULO
CANTIDAD
1 Arduino MEGA 1 Sensor DHT11 1 Modulo Bluetooth Display LCD 1 Panel Solar 165 X 165 mm 20 Jumpers 4m2 Plástico transparente 2m Tubo PVC Manguera 3m Ventilador 5V Semillas 1 Otros TOTAL
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VALOR
$49,000 $8,000 $24,000 $11,000 $50,000 $4,000 $12,000 $6,000 $5,000 $20,000 $4,500 $50,000 $247,500
9. CONDICIONES DE ENTREGA Al finalizar el proyecto se asume entregar lo siguiente:
Un sistema funcional y apto para el desarrollo de lechuga. El usuario por medio de un aplicativo móvil podrá ser capaz de monitorear el tiempo real el estado de factores ambientales como Temperatura, humedad al interior del invernadero. Sistemas inteligentes de riego, ventilación e iluminación que podrás ser ajustados de acuerdo a los criterios del cultivo. Un manual de usuario detallado para la configuración del sistema. Algoritmos utilizados en el desarrollo del proyecto. Diagramas estructurales y circuírteles del sistema.
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10. BIBLIOGRAFÍA ALPÍZAR, L. (2004). Hidroponía, cultivo sin tierra. Costa Rica: Editorial Tecnológica de Costa Rica. BELTRANO, J. (2015). Cultivo en hidroponía. La Plata, Argentina: Universidad de la Plata. GARCÍA, M. (2013). Cultivos Herbaceos Intensivos. Valladolid. GUITIERREZ, J. (2011). Producción hidropónica de lechuga con y sin recirculación de solución nutritiva. Chapingo. HERNÁNDEZ, F. (2 de Agosto de 2014). Asistencia Técnica Agrícola. Obtenido de Asistencia Técnica Agrícola: http://www.agro-tecnologiatropical.com/ecologico-hidroponico-convencio_.html NAVAS, CASTRO, DURÁN. (2010). idoneidad de la iluminación con led y oled de estado sólido para el cultivo del azafrán (croccus sativus l.) en invernaderos. Vitória.
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11. ANEXOS Anexo 1
Código utilizado para la recolección de datos de temperatura y humedad.
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Anexo 2.
Código que permite enviar la información vía Bluetooth al dispositivo móvil.
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Anexo 3.
Interfaz gráfica que permite la visualización de los datos suministrados por el sensor DHT11
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