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FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN Y ROBÓTICA
“DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA DE MONITORIZACION, CONTROL Y AUTOMATIZADO PARA UN INVERNADERO
TIPO TUNEL”
DANIEL FERNANDO AMORES PEREZ
PROFESOR GUÍA: ALEX YAU
MEMORIA PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO EN AUTOMATIZACION Y ROBOTICA
SANTIAGO – CHILE
2019
FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN Y ROBÓTICA
DECLARACIÓN DE ORIGINALIDAD Y PROPIEDAD
Yo, DANIEL FERNANDO AMORES PÉREZ, declaro que este documento no
incorpora material de otros autores sin identificar debidamente la fuente.
Santiago, Julio de 2019
_________________________
Firma del alumno
DEDICATORIA
A Dios, por concederme todo lo bueno que le pido
bajo su dirección y bendición
mi familia, que siempre me ha apoyado
en todos los momentos de mi vida
a mis hijas, que son el motor
principal de emprendimiento en mi vida
a mi esposa, por estar siempre a mi
lado en todo momento en la
trayectoria de mi carrera
a mis allegados que supieron brindarme
su aliento apoyo y concejos
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mis profesores han ayudado a resolver todas nuestras dudas
que durante el transcurso de mi carrera además de las horas de catedra, han
sabido compartir sus experiencias y anécdotas laborales como concejos prácticos
a la hora de desempeñarse profesionalmente.
A todas las personas que han sido de gran apoyo para la culminación de
este proyecto y a su vez han logrado amenizar los momentos de duro trabajo y
dedicación.
Un especial agradecimiento a Dios por su guía y su bendición, por poner en
mi camino a personal tan especiales como mis padres, hermanos, mi esposa y mis
hijas por brindarme su amor y apoyo incondicional.
ÍNDICE GENERAL
CAPITULO I
I. INTRODUCCIÓN 3
I.1. Importancia De Resolver El Problema 4
I.2. Contribución Del Trabajo 6
I.3. Objetivo general 8
I.3.1. Objetivos específicos 8
I.4. Organización y presentación de este trabajo 8
CAPITULO II
II. Estado Del Arte 10
II.1 Efecto invernadero. 10
II.2 Invernadero 11
II.2.1 Invernadero Túnel 11
II.3 Parámetros De Control Climático Para Un Invernadero 12
II.3.1 Luminosidad 13
II.3.2 CO2 13
II.3.3 Temperatura 14
II.3.4 Humedad Relativa 14
II.3.5. Dispositivo DAQ 14
CAPITULO III
III. Metodología Y Desarrollo
III.1 Descripción de la organización 16
III.2 Descripción de la unidad bajo estudio 17
III.3 Descripción de problemas y oportunidades de mejora 20
III.4 Alcance del proyecto 21
CAPITULO IV
IV. Identificación De Problemas Y Oportunidades De Mejora 22
IV.1 Identificación cuantitativa de problemas 22
IV.2 Oportunidades de mejora 23
CAPITULO V
V. INGENIERÍA DEL PROYECTO 25
V.1 Sistema De Control 25
V.2 Humedad 27
V.3 Temperatura 35
V.4 Control De Variables Y Actuadores 37
V.5 Arduino Uno 38
V.6 LABVIEW 40
V.7 Etapa De Temperatura y humedad relativa 44
V.8 Etapa De Humedad de suelo 50
V.9 Interfaz De Comunicación 55
V.10 Comunicación Serial De Labview 56
V.11 Interfaz De Arduino 65
CAPITULO VI
VI. Discusión De Resultados Y Conclusiones Generales 72
GLOSARIO 74
REFERENCIAS 75
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Propuestas de mejora 20
Tabla 2. Tabla FODA 22
Tabla 3. Sistemas de control 26
Tabla 4. Temperaturas para diferentes tipos de plantas 31
Tabla 5. Temperaturas para diferentes tipos de plantas 36
Tabla 6. Características sensor DHT11 45
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Invernadero 11
Figura 2. Invernadero tipo túnel 12
Figura 3. El hardware DAQ 15
Figura 4. Invernadero tipo túnel, estructura de automatización 16
Figura 5. Esquema psicométrica de un proceso de deshumidificación y
refrigeración con posterior recalentamiento 33
Figura 6. Esquema de supervisión de variables 37
Figura 7. Lazo de control del regulador de temperatura 37
Figura 8. Arduino UNO 38
Figura 9. Labview 41
Figura 10. Las DAQs 43
Figura 11. Características de las DAQs 43
Figura 12. My DAQ de National Instrument 44
Figura 13. Sensor DHT11 44
Figura 14. Conexión del Sensor DHT11 46
Figura 15. Conexión del VI al sensor DHT11 47
Figura 16. Panal de curva de funcionamiento del sensor DHT11 47
Figura 17. Trama de datos es de 40 bits 48
Figura 18. Diseño del controlador par toma de datos del sensor DHT11 49
Figura 19. Accionamiento de los ventiladores 50
Figura 20. Higrómetro de suelo FC-28 51
Figura 21. Conexión de Higrómetro de suelo FC-28 52
Figura 22. Conexión a ARDUINO de Higrómetro de suelo FC-28 52
Figura 23. Declaración de valores analógicos en ARDUINO 53
Figura 24. . Declaración de valores digitales en ARDUINO 53
Figura 25. Control de bomda de agua 54
Figura 26. Toma de datos para la humedad del suelo 54
Figura 27. Accionamiento Manual/Automatico de bomba de agua 55
Figura 28. Control virtual del invernadero inteligente 55
Figura 29. Configuración de un conector serial hembra 56
Figura 30. Conexión al Puerto serial 57
Figura 31. Paleta de Funciones de VISA 58
Figura 32.- VISA Configure Serial Port 58
Figura 34. VISA Read 59
Figura 35.- Configurando el Propery Node para contar el número de bytes
recibidos 60
Figura 36.- Simple Error Handler 61
Figura 37.- leyendo el Puerto serial con una sesión VISA de LabView 62
Figura 38. VISA Write 63
Figura 39. Escribiendo al Puerto serial con una sesión VISA en LabView 63
Figura 40. Declcion de transferencia de datos Visa Serial 64
Figura 41. Sensor DHT11 (Temperatura y Humedad) 65
Figura 42. Higrómetro 66
Figura 43. Fotoresistor, activa la ampolleta 66
Figura 44. Prototipo de invernadero tipo túnel 70
Figura 45. Control de activación de relees 70
Figura 46. Comparación entre plata sembrada en invernadero
y planta sembrada al exterior 71
ANEXOS
ANEXO 1. Manual del Usuario
ANEXO 2. Características técnicas del ARDUINO UNO
1
RESUMEN
Un invernadero es una habitación donde se cultivan plantas.
Los invernaderos se utilizan a menudo para el cultivo de flores, hortalizas,
frutas, y planta de varios tipos.
Factores básicos que afectan el crecimiento de las plantas son la luz del sol, el
contenido de agua en el suelo, la temperatura, etc.
Estos son os factores físicos son difíciles de controlar manualmente dentro de
un Invernadero y surge una necesidad de diseño automatizado.
Controlando automáticamente todos los factores que afectan a la planta, el
crecimiento también es una tarea difícil, ya que es costoso y algunos los
factores físicos están interrelacionados, por ejemplo, la temperatura, y la
humedad están relacionadas de una manera cuando la temperatura sube la
humedad se reduce por lo tanto, controlar ambos juntos es difícil. Debido a la
temperatura y humedad del invernadero deben ser monitoreados
constantemente para asegurar condiciones óptimas, una red de sensores
inalámbricos se puede utilizar para recopilar los datos de punto a punto. Se
medirán los datos del invernadero por el sensor y los datos que se recopilan se
enviarán al receptor.
Los datos que se han leído se mostrarán en la pantalla. Al utilizar este
sistema, el proceso de monitorización es más fácil y también es más barato
para la instalación y el mantenimiento proceso.
2
ABSTRACT
A Greenhouse is a room where plants are grown.
Greenhouses are often used for growing flowers, vegetables, fruits, and diferent
plants.
Basic factors affecting plant growth are sunlight, water content in soil,
temperature, etc.
These physical factors are hard to control manually inside a greenhouse and a
need for automated design arises.
Automatically controlling all the factors that affect plant growth is also a difficult
task as it is expensive and some physical factors are inter-related, for example,
temperatura and humidity are related in a way when temperature raises
humidity reduces therefore controlling both together is difficult. Because the
temperature and humidity of greenhouse must be constantly monitored to
ensure optimal conditions, a wireless sensor network can be used to gather the
data from point to point. The data from the greenhouse will be measured by the
sensor and the data that are collected will be sending to the receiver.
The data that has been read will be displayed on the screen. By using this
system, the process of monitoring is easier and it is also cheaper for installation
and maintenance
process.
3
CAPITULO I
I. Introducción
Hoy en día el avance tecnológico crece a gran escala y abarca cada vez más
distintas áreas y aplicaciones, una de estas nuevas aplicaciones es el
desarrollo, control y/o automatización del cuidado de cultivos en invernaderos
tipo túnel.
Los invernaderos tipo túnel están diseñados para aportar las condiciones
ambientales apropiadas y específicas para cada cultivo preestablecido según
requerimientos o necesidades de cada productor.
Son usados para el cuidado y buen crecimiento de las plantas, las mismas que
al no tener las condiciones ambientales necesarias para su desarrollo
presentan diferentes problemas como enfermedades que afectan su
crecimiento y por ende la producción de cada cultivo.
En la actualidad el avance de la tecnología se ha desarrollado
considerablemente, y una de estas nuevas aplicaciones enfocada en a resolver
una problemática del sector agropecuario es el desarrollo del cuidado de
cultivos de invernaderos mediante procesos de automatización y control,
comúnmente conocidos como “Invernaderos Automatizados”.
Los “Invernaderos Automatizados” son diseñados para producir las condiciones
ambientales apropiadas y específicas para cada cultivo. Son usados para el
cuidado de plantas, las cuales, cuando no tienen las condiciones ambientales
necesarias presentan diferentes problemas con enfermedades que afectan la
producción.
4
Este proyecto consiste en el diseño para la automatización de invernaderos tipo
túnel previamente ya construidos mediante el control de los sistemas de riego,
temperatura, humedad y ventilación.
El presente proyecto desarrolla una explicación acerca de:
La introducción de los invernaderos tipo túnel y el planteamiento de los
objetivos a lograr
El problema y la propuesta de solución
Conceptos relacionados s la instrumentación como sensores,
actuadores, automatización de redes, sistemas HMI.
Diferentes bloques del sistema.
Descripción de variables y sistemas deforma el invernadero
Además, buscamos comprobar al implementar un sistema de automatización y
control de variables climáticas en el interior de los invernaderos tipo túnel,
puede mejorar la eficiencia de los cultivos enfocados en dar solución a las
problemáticas tanto económicas como ambientales.
En último punto se hizo un registro histórico de datos recopilados por los
sensores, para tener un conocimiento más detallado de los procesos, así como
para su posible utilización en un futuro. Además, se ha buscado que el sistema
detectara cualquier problema que sucediese en cualquiera de sus sensores, ya
que es una instalación al aire libre.
I.1. Importancia De Resolver El Problema
Es importante desarrollar políticas innovadoras y nuevas tecnologías que
ayuden al desarrollo del sector agrícola. Los sistemas automatizados permiten
aumentar la productividad y calidad de los sistemas de riego, aprovechando los
recursos tecnológicos disponibles en el mercado local.
5
Mediante la observación y el estudio de otras empresas dedicadas a la
automatización de sistemas de riego y construcción de invernaderos
automatizados, podemos darnos cuenta que en nuestro país, para mejorar la
producción agrícola nacional utilizando nuevas tecnologías, será necesario
invertir tiempo y recursos en la capacitación de los agricultores, tanto en el
manejo como en el mantenimiento de estas tecnologías.
Para mejorar la producción agrícola se propuso crear un prototipo de un
invernadero inteligente capaz de monitorear y regular los principales
parámetros de temperatura y humedad necesarios para el desarrollo de los
cultivos del invernadero, integrando una interfaz gráfica para la fácil operación y
monitoreo de dichos los parámetros mencionados.
El prototipo integra sensores de control de comando y monitorización a
distancia, una vez configurado el sistema, este se hace cargo del invernadero y
así podremos controlar el clima controlando la temperatura y humedad del
suelo y manejarlo remotamente a distancia y/o por medio de Internet.
El proyecto de la automatización de un invernadero tipo túnel que se plantea en
este proyecto cubre las necesidades mencionadas porque con las tecnologías
actuales que tenemos se puede obtener un mejor rendimiento en cuanto al
mantenimiento y monitoreo de los parámetros de temperatura humedad a un
bajo costo.
La producción de los cultivos sembrados dentro del invernadero es una de las
técnicas modernas usadas en la agricultura, al desarrollar un sistema con la
posibilidad de que el cliente pueda tener un control optimo acorde a las
necesidades de los cultivos sembrados en el invernadero llegamos a la
conclusión de que la automatización para el control de las variables de mayor
importancia antes mencionadas y minimizar las perdidas tanto de producción,
tiempo y de dinero.
6
“La inversión de cada invernadero, cuenta Samer Abugattas, alcanza a US$18
el metro cuadrado, sin considerar los costos de trabajo en el terreno, armado y
flete. Pero los beneficios son diversos: el uso de invernaderos permite alargar
el tiempo de cosecha –más tarde o temprano en el verano- o cultivar cuando
otros no pueden hacerlo, como ocurre en el invierno.
Además, el uso de invernaderos con control climático permite ofrecer un
producto de mayor calidad. “Cultivar tomates en invernadero permite producir
en invierno, como se hace en Arica, evitar enfermedades y además entregar
un tomate de larga vida, que es el que trabajan los supermercados. De esta
forma, se accede a un cliente completamente diferente al de las ferias, que
también paga mayores precios”, explica Abugattas.”
Fuente: http://www.redagricola.com/cl/tecnologia-permite-cultivar-donde-no-
condiciones-invernaderos-automatizados-cambiar-la-estacionalidad-las-
hortalizas/
I.2. Contribución Del Trabajo
La idea de un invernadero automatizado ofrece muchos beneficios; como
desarrollar un entorno favorable para el desarrollo de cualquier cultivo que se
acomode al sistema de nutrición atreves de la raíz y no solo se ahorre tiempo
en el manejo del cultivo, también espacio, ya que la tierra cada día se encarece
más y los terrenos para siembra están limitados, desgastados y contaminados,
es entonces cuando la hidroponía se ofrece como una alternativa importante al
generar más producción en menos espacio y sin el peligro de la contaminación
y no hay que olvidar que se ahorra agua, energía, se tendrá menor perdida en
uso de fertilizantes, reduciendo costos e incrementando utilidades.
7
Hoy en día encontrar productos de buena calidad, con precios asequibles es
casi un reto, pero es todavía más difícil como agricultor cumplir con todo lo que
demanda el mercado y para esto hay que tener a mano buenas herramientas
para hacer de los cultivos los mejores, por esta razón se originaron los
invernaderos, no solo para mejorar la calidad también para incrementar la
producción y reducir el tiempo de desarrollo del cultivo y es precisamente por
esta razón que hay que automatizarlo, es decir, que se cumplan funciones con
un mínimo de intervención humana, lo cual hace que el resultado sea preciso y
rápido.
Con este proyecto se busca desarrollar una opción para los productores,
inclusive si no tienen grandes empresas, ya que el manejo será muy práctico y
el cultivo se mejorará técnicamente. Realizar la tecnificación de un cultivo
mediante la implementación de un sistema automatizado, es relevante desde el
punto de vista de demostrar que una tecnología económica, puede ser la base
para la automatización de invernaderos; garantizando supervisar y controlar
diferentes variables de manera eficiente.
Puede la solución planteada en este proyecto ser la base para la
implementación de sistemas automatizados en invernaderos de gran tamaño y
de esta manera ayudar a maximizar las ventajas de este tipo de cultivo.
Además, este proyecto por contar con controladores de humedad y
temperatura tiene como propósito apoyar a agricultores a producir cosechas en
cualquier época del año
8
I.3. Objetivo general
Desarrollar una propuesta con todos los requerimientos necesarios para
automatizar un invernadero tipo túnel incorporando controladores de las
variables de humedad y temperatura permitiendo una aclimatización
paulatina de las plantas que posteriormente serna sacadas al exterior.
I.3.1. Objetivos específicos
Realizar el levamiento la información del invernadero tipo túnel
Diseñar la propuesta de automatización del invernadero tipo túnel
considerando las variables de control de humedad y temperatura
Diseñar el tipo de control del invernadero tipo túnel considerando las
variables de control de humedad y temperatura
Realizar un análisis técnico y económico del proyecto
I.4. Organización y presentación de este trabajo
Capítulo 1: Se refiere a la introducción al tema de la importancia de los
invernaderos tipo túnel, también se plantean los objetivos a lograr, justificación
del tema y propuesta de solución.
Capítulo 2: Se refiere al marco teórico, y se describen los diferentes tipos de
invernaderos, sus características que tienen asi como también el cultivo dentro
del invernadero.
Capítulo 3: Se describe todos los parámetros y variables del sistema del
invernadero al cual se enfoca el trabajo para brindar la mejora esperada.
Capítulo 4: Se describen los controladores que se van a usar en el invernadero
automatizado y sus respectivas características.
9
Capítulo 5: Se describen los resultados y las conclusiones acerca de los datos
y el modelamiento climático obtenido del invernadero automatizado.
10
CAPITULO II
II. Estado Del Arte
Un invernadero es ideal para cultivar ya que al ser un recinto cerrado, se
pueden proteger los cultivos de ciertas variaciones climáticas y permite generar
un clima óptimo. En la Región de Arica y Parinacota de Chile (zona desértica),
los sistemas de cultivos protegidos o bajo invernadero han generado un
aumento de la producción de hortalizas de invierno, debido principalmente a las
ventajas asociadas con las estructuras de protección que inicialmente cumplían
un rol de exclusión, para evitar el ataque de insectos o virus.
II.1 Efecto invernadero.
El efecto invernadero se refiere al fenómeno donde las ondas cortas de luz
visible provenientes de nuestro sol, pasan a través de la atmosfera por medios
transparentes (capas de nuestra atmosfera terrestre), y las ondas más largas
del infrarrojo, proveniente de los objetos precalentados, son incapaces de
pasar a través del medio transparente de la atmosfera, como consecuencia a la
contención de la longitud de onda larga da como resultado un mayor
calentamiento y a una mayor temperatura resultante.
11
Figura 1
Fuente: http://naukas.com/2016/01/05/descubrimiento-las-eras-glaciales-efecto-
invernadero-ii/
II.2 Invernadero
La función de un invernadero es de proteger a los cultivos de las plagas y otros
medios ambientales extremos que afecte su crecimiento.
II.2.1 Invernadero Túnel
Para la clasificación de los invernaderos se toma en cuenta el volumen de aire
encerrado por cada metro cuadrado de suelo, además se define invernadero a
la estructura que supera los 2.75-3 m3/m2.
Ventajas
Alta resistencia al clima exterior como vientos fuertes y de fácil
instalación
Alta transmitancia de la luz solar.
Apto para instalación con materiales de cobertura flexibles y rígidos.
12
Desventajas
Relativamente pequeño, volumen de aire retenido
Pude ocurrir el fenómeno de inversión térmica.
Solamente recomendado en cultivos de bajo a mediano porte (lechuga,
flores, frutilla, etc.)
Figura 2. Invernadero tipo túnel
Fuente: http://bitstream.ipnn.mx/123456789/13964/1/
II.3 Parámetros De Control Climático Para Un Invernadero
Las plantas incluidas en los cultivos en invernadero dejan de ser dependientes
de los factores climáticos externos, pero siempre es necesario que exista la
presencia de luz solar para que estos se desarrollen correctamente, y poder
vivir del microclima generado artificialmente.
La función opera gracias a la acción del sol y la retención del calor por parte de
la estructura del invernadero. El invernadero puede tener una cobertura
transparente de plástico o de cristal, para dejar que los rayos del sol se
traspasen al interior del invernadero, por ser un sistema cerrado aumenta su
temperatura interna sin dejar salir la radiación del sol.
13
El desarrollo de los cultivos, en sus diferentes fases de crecimiento, está
condicionado por cuatro factores ambientales o climáticos: luz y CO2
temperatura, humedad relativa.
II.3.1 Luminosidad
La luminosidad o energía lumínica más conocida comúnmente como luz, es
toda radiación electromagnética que se propaga en formas de ondas, es capaz
de viajar a través del vacío a una velocidad de aprox. 300.000 k/s. El sol es la
principal fuente natural e importante de luz sobre nuestro planeta tierra.
II.3.2 CO2
El dióxido de carbono (formula química CO2) es un gas incoloro, inodoro y vital
para la vida en el planeta tierra. Aunque tradicionalmente también se conoce
como anhídrido carbónico.
El CO2 de la atmosfera es la materia prima imprescindible de la función
clorofílica de las plantas, la concentración de CO2 dentro de la atmosfera del
invernadero, es muy importante para los cultivos.
Los niveles de óptimos de CO2 dependen de:
Cada especie y/o plantación cultivada
Radiación solar
La ventilación
La temperatura
La humedad
14
La asimilación optima de CO2 de las plantas en promedio esta entre los 18° C
y 23° C de temperatura, con respecto a la luminosidad y a la humedad, cada
especie vegetal son distintos
II.3.3 Temperatura
La temperatura es una magnitud física que nos indica la cantidad de calor o frio
que tiene un cuerpo, por lo general este es medido por un termómetro, la
variable de temperatura a controla depende de la clase de cultivo que vayamos
a sembrar y este varía entre los 22° y 31° C; según estudios realizados se dice:
Los cultivos son muy sensibles a los cambios de temperatura.
Las temperaturas mayores a 30° C provocan el cese de crecimiento y es
difícil recuperarse cunado esto ha ocurrido.
II.3.4 Humedad Relativa
Por humedad entendemos que es el nivel del vapor de agua presente en el
ambiente. La Humedad relativa nos indica el porcentaje de vapor de agua que
está presente en el aire bajo condiciones actuales.
Por ejemplo, se dice que la humedad ambiental relativa es del 90%; esto está
haciendo referencia a que, del total de vapor de agua que podría llegar a
encontrarse en el aire a la temperatura actual, tiene el 90%.
II.3.5. Dispositivo DAQ
El hardware DAQ actúa como la interfaz entre una PC y señales del mundo
exterior. Funciona principalmente como un dispositivo que digitaliza señales
analógicas entrantes para que una PC pueda interpretarlas.
15
Los tres componentes clave de un dispositivo DAQ usado para medir una señal
son el circuito de acondicionamiento de señales, convertidor analógico-digital
(ADC) y un bus de PC.
Varios dispositivos DAQ incluyen otras funciones para automatizar sistemas de
medidas y procesos. Por ejemplo, los convertidores digitales/analógicos
(DACs) envían señales analógicas, las líneas de E/S digital reciben y envían
señales digitales y los contadores/temporizadores cuentan y generan pulsos
digitales.
En el mercado encontramos diferentes modelos de DAQ, de diferentes marcas
y características y se catalogan según el tipo de uso como industriales, semi
industriales o para uso de investigación y experimentación.
Figura 3. El hardware DAQ
16
CAPITULO III
III. Metodología Y Desarrollo
III.1 Descripción de la organización
El sistema propuesto para la automatización del invernadero tipo túnel se
enfoca en la monitorización y control de la iluminación, temperatura y humedad
de los invernaderos ya implementados y puestos en funcionamiento a lo largo
de todo Chile, para así, obtener una mejor producción y calidad.
En la Figura 4, se muestra la infraestructura esquemática del sistema. Este
proyecto desarrollado, consiste en detectar y controlar la temperatura y
humedad del medio ambiente de invernaderos para diferentes distancias.
Figura 4. Invernadero tipo túnel, estructura de automatización
Fuente:
http://www.utepsa.edu/v2/index.php?option=com_content&view=category&layo
ut=blog&id=58&Itemid=257
17
Los cultivos agrícolas han pasado por diversos cambios en los últimos años,
especialmente con la introducción de sistemas automatizados para el control,
riego, y cosecha, tanto en sistemas de invernadero como al aire libre.
Hablando específicamente de los sistemas en invernadero, la automatización
ha sido más amplia, por el requerimiento de mayor control de las variables
frente a condiciones no óptimas para cultivar. Los países pioneros en este tipo
de cultivos automatizados han sido los de Europa del Norte, especialmente
Dinamarca, en donde el primer sistema automatizado de cultivo en invernadero
vio la luz hace aproximadamente medio siglo.
El sistema de cultivo automatizado original se trató como un proceso de
manufactura industrial, en donde varios procesos de cultivo se unen en un
proceso de lotes, y se ejecutan como si se tratase de una línea de montaje. Sin
embargo, actualmente el énfasis se encuentra en el control de los procesos, y
no como en un proceso de manufactura, particularmente en los cultivos en
invernaderos, lo cuales pueden acelerar el crecimiento del fruto de 3 a 5 veces
más que en medios naturales
III.2 Descripción de la unidad bajo estudio
De acuerdo a la Norma AFNOR V57001 de la comunidad económica europea,
se define a los invernaderos como: “Recursos destinados al cultivo y la
protección de las plantas, explotando la radiación solar, cuyas dimensiones
permiten a un hombre trabajar de forma cómoda en su interior”.
El invernadero así como otros sistemas para la protección de cultivos, permite
influir sobre los factores climáticos que intervienen en el desarrollo del cultivo.
Un desarrollo óptimo y equilibrado de las plantas, depende de la forma en la
cual factores como temperatura, humedad e iluminación inciden de forma
favorable sobre ellos.
18
En ocasiones, los invernaderos están dotados con sistemas de calefacción, así
como elementos que permitan regular determinados factores del medio
climático, como iluminación artificial suplementaria o sistemas de ventilación.
Las cubiertas utilizadas tienen un cierto grado de sombra, lo que permite el
paso de la luz e impide la salida del calor, lo cual se conoce como efecto
invernadero. Para la instalación del sistema de riego de un invernadero se debe
tener en cuenta cual es la fuente de agua. La distancia desde la fuente de agua
al cultivo, la diferencia de nivel, la superficie a regar, más el tipo de cultivo, son
los datos necesarios para calcular la capacidad de la bomba y la potencia o
presión que se necesita. El riego automático funciona a través de un
programador eléctrico.
Programa la frecuencia y el tiempo de riego por sectores de acuerdo con la
necesidad del cultivo. El equipo envía una señal eléctrica a una electroválvula
para que inicie o termine el riego en cada uno de los sectores. Los sectores son
regados por medio de aspersores o de goteros instalados en mangueras para
riego.
La red hidráulica debe estar formada por las tuberías y los accesorios
diseñados para una correcta instalación del circuito. Los tiempos de riego, la
frecuencia de ellos, la temperatura, la cantidad de luz que ingresa al
invernadero y otras condiciones más, pueden ser controladas hoy en día por
medio de sistemas automatizados, tales como microcontroladores Arduino,
relés programables, Controladores Lógicos Programables PLC; software de
automatización y control, estos permiten mejorar la productividad al
combinarlos con las técnicas correctas de riego y el manejo de fertilizantes.
El proceso en la automatización del invernadero contempla la regulación de las
condiciones óptimas para el desarrollo de los plantines en tratamiento, lo cual
implica controlar Temperatura, Humedad e Iluminación.
19
Se llama plantín, a una planta en su etapa inicial de desarrollo. En este caso
los plantines en cuestión, Aji. Las variables a controlar son tres:
Temperatura: habrá que controlar la temperatura del ambiente del invernadero
y la temperatura de la tierra de los plantines; para regular la temperatura del
ambiente, se cuenta con un Sensor de Temperatura que está ubicado en el
centro geométrico del invernadero y con una serie de actuadores que consisten
en dos ventanas laterales. Para regular la temperatura de la Tierra, se cuenta
con un sensor de temperatura, que está ubicado en una de las camas y con
una bomba asociada a un termo tanque que se usa para levantar la
temperatura.
Humedad: la Humedad de la Tierra del plantín debe estar dentro de ciertos
parámetros para que éste pueda desarrollarse en forma adecuada, para lograr
esto, se cuenta con un sensor de humedad y con una bomba, electroválvulas y
picos de riego, encargados de humidificar la Tierra.
Iluminación: Las plantas necesitan horas de luz. Por lo tanto cuando la luz del
día no alcance habrá que suplementar dicha necesidad con luz artificial, esto
será particularmente necesario en invierno, cuando los días son más cortos.
Para controlar esta variable, se cuenta con una fotocélula con el reloj interno
del controlador y con un grupo de luces. Según la cantidad de horas frío
efectivas/año acumuladas en cada zona o región en particular, será la elección
de las variedades de arándano.
La hora frío efectiva consiste en una temperatura igual o menor a los 7 ºC sin
que se presente cierta temperatura mayor a ese nivel que contrarreste el efecto
de esos, al menos, 7 ºC. Otro punto concerniente a la temperatura es que el
momento normal de la ocurrencia de las heladas en la zona adonde se
realizaría el cultivo, no coincida con la época de floración 27
20
De las variedades seleccionadas. Luego de profundizar sobre las
características del clima, será necesario analizar la tierra y el agua del predio
en que se haría la implantación.
III.3 Descripción de problemas y oportunidades de mejora
Para optimizar la producción de cultivos dentro del invernadero, es de suma
importancia llevar acabo modificaciones que nos permitan el mejoramiento
constante y prolongado en el tiempo, por lo que hemos tomado las principales
causas y sus respectivas propuestas de mejoramiento.
Tabla 1. Propuestas de mejora
21
III.4 Alcance del proyecto
Alcance de investigación de mercado: La investigación se hace en torno a
definir un mercado objetivo y hacer un plan de marketing. En este documento
no se hizo un estudio de mercado, lo cual limita las elecciones de valores
necesarios para una predicción precisa. Sin embargo, para abordar este tema,
se utilizaron diferentes horizontes para las predicciones por lo que se cuenta
con distintos escenarios.
El mismo recurso se utiliza para estimar el mercado real. Para esto se estimó
un número de mercado el cual es un porcentaje de la población y se tomaron
valores pesimistas, semi-pesimistas, normales y optimistas, todos en rangos de
la población del mercado objetivo.
Alcance de diseño de producto: Se consideraron las variables del programa
a desarrollar, en conjunto con los requerimientos para llegar a un prototipo
funcional, para así pasar a las pruebas de terreno, que es el paso que seguir
posterior a la fecha de esta memoria, y finalmente desarrollar el producto final.
22
CAPITULO IV
IV. Identificación De Problemas Y Oportunidades De Mejora
IV.1 Identificación cuantitativa de problemas
Análisis FODA:
Dado que durante el transcurso y realización del proyecto se han ido detallando
cada una de las fortalezas y debilidades que posee la implementación de un
prototipo de invernadero automatizado, a continuación pasamos a una
breve descripción de las oportunidades y amenazas que puedan surgir en el
desarrollo de este proyecto.
FORTALEZAS OPORTUNIDADES
Contar un controlador
Lenguaje de programación
Rápido desarrollo del prototipo
Fácil implementación del prototipo en
el mercado
Lenguaje de programación amigable
Desarrollar un sistema automatizado
para el invernadero
Ofertar al mercado un producto
completo
Ofertar un producto de eficiente y de
bajo costo
DEBILIDADES AMENAZAS
Difícil adquisición de un dispositivo
programable
Falta de conocimiento del lenguaje de
programación
Software poco grafico
Requerimiento del sistema
inadecuados o de difícil manejo
Personal no capacitado para el
manejo del sistema
Competencia de empresas
desarrolladores de software
Tabla 2. Tabla FODA
23
IV.2 Oportunidades de mejora
Análisis de resultados y estrategias para la implementación de un
sistema automatizado
En Chile existen invernaderos pero la mayoría con sistemas de control de
riego, de temperatura y de humedad relativa en forma manual, o bien,
dependen del ambiente, lo que disminuye su eficiencia y productividad. Otros
en cambio, cuentan con sistema automático para el control de riego, humedad
relativa y temperatura, pero la mayoría son de tipo encendido/apagado (on/off),
y con la aparición de nuevas tecnologías se puede diseñar sistemas de control
que regulan el clima en los invernaderos con mayor precisión en el desarrollo y
producción de las plantas como se demuestra en el desarrollo a lo largo de
este proyecto
La nueva tecnología en la fabricación de los elementos de control de un
sistema de control de humedad relativa del medio ambiente en un invernadero
son de mejores características y en la investigación y desarrollo de este
proyecto obtenemos conocimientos sobre el comportamiento de la humedad
relativa del aire regulado en el cultivo de las plantas del invernadero piloto
implementado, además del estudio del sistema de control y adquisición de
datos, este servirá de base como teoría para otras investigaciones.
La falta de interés como política en desarrollar invernaderos automatizados
para la mejora de los cultivos, preocupa a los agricultores. Si se automatizan
los invernaderos a un bajo costo, será un gran paso para alcanzar la
autosuficiencia alimenticia que necesita la población y elevar el nivel de calidad
alimenticia y de vida de los de los productores y consumidores.
Al aplicar el sistema en zonas agrícolas como prototipo experimental y conocer
los resultados favorables, este puede ser replicado en otras zonas agrícolas.
24
Al tener el problema del clima para cultivos alternativos de otros productos a lo
largo de todo Chile, disminuye las actividades agrícolas y por lo tanto la
producción y suministro de alimentos alternativos no solo no solo de consumo
humano sino también de consumo animal (vacuno, equino, etc.),
incrementando el costo de los alimentos que no se producen.
25
CAPITULO V
V. INGENIERÍA DEL PROYECTO
La automatización en invernaderos en Chile se traduce en la compra de
tecnología extranjera cuyo costo es elevado para el promedio de los
productores del país. Con este prototipo que vamos a implementar se logra
reducir un costo considerable, además de que el usuario no necesita tener
conocimientos programación y control para su manipulación.
V.1 Sistema De Control
Para el trabajo presente de automatización, la propuesta es incorporar un
sistema de control mediante un software de control virtual como lo es LABVIEW
y una interfaz de DAQ (adquisición de datos) como ARDUINO UNO, que actue
con los sistemas de humedad y el sistema de riego, la temperatura y
calefacción mediante el sistema de ventilación a través de un sistema de
comunicación donde el diseño de programa nos permita modificar los
parámetros para poder cultivar más de un tipo de plantas, según el manual de
usuario adjunto (Anexo 1).
En la tabla siguiente se detalla los factores principales a considerar en los
sistemas de control de un invernadero automatizado.
26
SISTEMA DE TEMPERATURA Y VENTILACION CLIMATICA
Entrada: Equipo manipulado:
Temperatura Ventilador
Sensores de temperatura
SISTEMA DE RIEGO
Entrada: Equipo manipulado:
Regadío - Distribución de
agua – Mangueras/Tuberías Bombas de Agua
Higrómetro
SISTEMA DE CULTIVO (SELECCIÓN DE PLANTA A CULTIVAR)
Entrada: Equipo manipulado:
Humedad de suelo Sensores de Humedad de Suelo / Higrómetro
Humedad Relativa (Aire) Extractor
Temperatura Ampolleta
Iluminación Ampolleta de luz solar
SISTEMA DE CONTROL
Entrada: Equipo manipulado:
Medición de Variables
LABVIEW y ARDUINO UNO como interfaz de
DAQ
Control de Variables Red de comunicación
Entrada análogas
Salida análogas y digitales
Tabla 3. Sistemas de control
Para cualquier tipo de cultivo que incorporemos en el invernadero, en sus
diferentes fases de crecimiento, se debe tener en consideración los cuatro
factores ambientales o climáticos anteriormente ya detallados como son:
27
humedad relativa
temperatura
luz
humedad del suelo
Para que las plantas realicen sus funciones es necesaria la integración de
estos factores y se debe tener en cuenta que deben estar dentro de unos
límites mínimos y máximos, ya que, fuera de estos rangos las plantas no se
desarrollaran normalmente afectando su metabolismo, pudiendo llegar a la
muerte.
V.2 Humedad
El aire húmedo en general es una mezcla de vapor de agua y de aire seco.
Para determinar el contenido de vapor de agua en el aire se utilizan las
siguientes índices:
Humedad relativa (h.r.)
Humedad absoluta
Humedad relativa (h.r.)
h.r. = presión de vapor actual/ presión de saturación
(Se expresa en %)
La humedad relativa se define como el cociente de la presión de vapor actual y
la que habría si el espacio estuviese ocupado por vapor en condiciones de
saturación.
28
El concepto de h.r. es el muy utilizado en relación con la humedad del aire, ya
que es fácil de medir pero no tiene significado si no se expresa al mismo
tiempo la temperatura ambiental.
Esta es la manera de expresar y cuantificar la cantidad de vapor de agua
contenida en un determinado volumen de aire; se expresa en porcentaje (%)
como la relación que hay entre la masa de agua contenida en el aire y la masa
de agua que se requiere para producir la saturación del mismo aire.
Humedad absoluta
Humedad absoluta = masa de vapor de agua/volumen
(Se expresa en kg/m3).
La humedad absoluta es el peso del vapor de agua en un volumen dado de aire
y se expresa en kg de vapor de agua por metro cúbico de aire seco.
“La humedad absoluta y relativa depende de la temperatura”
A 15° C un metro cúbico de aire puede contener 13 gr de agua y a 35° C, 39 gr
de agua.
Contenido en agua = masa de vapor de agua / masa de aire seco
(Se expresa en g/kg)
El contenido de agua es independiente de la temperatura.
Las plantas reaccionan fisiológicamente a:
29
Déficit de presión de vapor d.p. v. = presión de saturación - presión de vapor
actual
Diferencia de contenido de agua = contenido de agua en saturación - contenido
de agua actual.
Para una temperatura dada, el déficit de saturación de vapor de agua D.S.V.
varia con la humedad del aire.
Si la temperatura es de 20°C y la h.r. es del 60 % el poder de evaporación es
doble para cuando las condiciones son de 20°C y 80% de h.r. (d.p.v.= 7,02 y
3,51 mm de mercurio).
Si la h.r. es del 60 %, el d.p.v.es 7,02 mm de mercurio si la temperatura es de
20°C y 12,74 mm de mercurio si es de 30°C.
Por lo tanto la tasa de evaporación es el doble para la temperatura de 30° que
la de 20°C, si la h.r. es en ambos casos del60 %.
Si la temperatura del aire es de 20° C y su h.r. 60 %, su d.p.v. es de 7,02 mm
de mercurio.
Si la temperatura del aire aumenta hasta 30° C. sin variar el contenido absoluto
de vapor de agua, el d.p.v. aumenta desde 7,02 hasta 21,32 mm. de mercurio y
por tanto la tasa de transpiración se triplica.
La temperatura del punto de rocío es el valor que marca la formación de
condensación. La diferencia entre la temperatura de rocío y la temperatura
actual del aire se denomina diferencia de punto de rocío.
A mayor diferencia de punto de rocío, menor es el peligro de condensación de
agua en el cultivo.
30
Al determinar la humedad relativa en el invernadero es necesario considerar
cómo este factor varia de una manera natural en respuesta a las otras
condiciones ambientales.
Si la masa de aire del invernadero se mantiene a una temperatura superior a la
de la temperatura del material de cubierta, la humedad relativa es inferior a la
de saturación.
En la figura 5, el aire a 21,1 °C y al 90 % de humedad relativa (punto a) es
refrigerado hasta la temperatura de 1 0°C.
Si el aire húmedo del invernadero está en contacto con una superficie fría de
temperatura inferior al punto de rocío del aire, se produce la condensación,
esta tiene lugar en las superficies más frías.
Por ejemplo la condensación se produce en las cubiertas de plásticos, incluso
durante el día, en invernaderos cerrados, si la temperatura exterior es inferior a
la interior. Como resultado se produce el proceso de deshumidificación del aire.
Si hay suficiente ventilación apenas hay diferencia entre la humedad relativa
del aire de los invernaderos de vidrio. La diferencia es que la condensación se
produce en forma de gotas en los materiales plásticos mientras forma una
película continua sobre el vidrio. La mayor desventaja en el uso de materiales
plásticos para cubrir invernaderos es el alto nivel de concentración de
condensado en forma de gotas con la posterior caída sobre el cultivo.
Humedad relativa del suelo
La humedad es la masa de agua en unidad de volumen, o en unidad de masa
de aire. La humedad relativa (HR) es la cantidad de agua contenida en el aire,
31
en relación con la máxima que sería capaz de contener a la misma
temperatura.
Existe una relación inversa de la temperatura con la humedad por lo que a
elevadas temperaturas, aumenta la capacidad de contener vapor de agua y por
tanto disminuye la HR, a temperaturas bajas la HR aumenta.
Niveles climáticos de especies cultivadas en invernadero.
ESPECIE
OPTIMA
NOCHE
T(°C)
OPTIMA
DIA T(°C)
MAXIMA
BIOLOGICA
T(°C)
OPTIMA
RADICULAR
T(°C)
HR
ÓPTIMA
(%)
TOMATE
PIMIENTO
AJI
10 – 13 18 a 22 22 a 26 10 a 15 50 – 60
MELON 13 – 16 22 a 26 26 a 30 15 a 20 60 – 70
PEPINO 18 – 20 24 a 28 28 a 32 20 a 21 70 – 90
LECHUGA 0 a 15 15 a 20 25 a 30 10 a 12 60 - 80
CALABACIN 5 a 15 17 a 20 26 a 30 11 a 12 65 - 80
Tabla 4. Temperaturas para diferentes tipos de plantas
Cada especie tiene una humedad ambiental idónea para vegetar en perfectas
condiciones en el Anexo 1 (Manual del Usuario detalla los ambiente idóneos de
vegetación según la clase de planta)
La HR del tomate, pimiento y del ají está entre el 50%-60%
El melón, entre el 60-70%
El calabacín entre el 65-80%
El pepino entre El 70-90%.
32
La HR del aire es un factor climático que puede modificar el rendimiento total
de los cultivos.
Cuando la HR es excesiva las plantas reducen la transpiración y disminuyen su
crecimiento, se producen abortos florales por apelmazamiento del polen y un
mayor desarrollo de enfermedades criptogámicas.
Por el contrario, si es muy baja, las plantas transpiran en exceso, pudiendo
deshidratarse.
Para que la HR se encuentre lo más cerca posible del óptimo, el agricultor debe
ayudarse del higrómetro (instrumento de medición de la HR del aire). El exceso
puede reducirse mediante ventilado, aumento de la temperatura y evitando el
exceso de humedad en el suelo.
La falta puede corregirse con riegos, pulverizando agua en el ambiente,
ventilado y sombreado. La ventilación en invernaderos con anchura superior a
40 metros es muy recomendable, tanto para el control de la temperatura como
de la HR.
En el mercado existen equipos que se encargan de solucionar los problemas
de la HR, usando el pulverizador de partículas de agua de alta presión con
niebla de gotitas de 10 micrones que se evaporan rápidamente en el aire para
refrescar y para humedecer el ambiente, de esta manera se mejoran los
procesos de la propagación y de la germinación mientras que el sistema
mantiene una humedad alta (sobre el 90%) para la producción eficaz.
Los sistemas convencionales tales como cojín y ventilador no proporcionan el
refresco requerido o los resultados son desiguales. Los ventiladores grandes
requieren e incurren en costes energéticos enormes.
33
La computadora o los sistemas de control análogos controlan con exactitud la
humedad y la temperatura a los niveles exigentes de tal modo que reducen
costes energéticos.
Estos sistemas de control pueden integrar el resto de funciones y de los
sistemas del invernadero tales como calderas y válvulas de la irrigación. Los
sensores permiten mediante lecturas de humedad, o combinadas con otras de
temperatura para obtener índices tan importantes como la humedad relativa,
humedad absoluta, punto de rocío, déficit hídrico y déficit de presión de vapor.
Figura 5. Esquema psicométrica de un proceso de deshumidificación y
refrigeración con posterior recalentamiento.
Fuente:
Cuando el aire está saturado, su contenido de agua es el 24 máximo, y se dice
que su humedad relativa es también la máxima o del 100 %.
34
Para el control de humedad una buena técnica es el riego por aspersión este
sistema trata de imitar la lluvia y/o riego formado tipo neblina, es decir, el agua
destinada al riego se hace llegar a las plantas por medio de tuberías y
mediante unos pulverizadores, llamados aspersores y, mediante una presión
determinada, el agua se eleva para que luego caiga pulverizada o en forma de
gotas sobre la superficie que se desea regar. Para conseguir un buen riego por
aspersión son necesarios:
Bomba de agua
Presión en el agua controlada
Red de tuberías adecuadas a la presión del agua
Boquillas para aspersores capaces de esparcir el agua a presión
Depósito de agua que conecte con la red de tuberías.
La humedad junto con la temperatura son dos variables principales para
tomar en cuenta para el control de nuestro invernadero, ambas trabajan
conjuntamente, es decir, con el exceso de humedad en zonas frías la
temperatura desciende afectando a las plantaciones, y en zonas cálidas la falta
de humedad afecta al crecimiento de las plantas.
En este punto la ventilación es muy importante para regular la temperatura y
humedad de nuestro invernadero, y esto lo podemos realizar de manera natural
o forzada.
La propuesta es incorporar un sistema de ventilación forzada mediante
sensores de humedad que guarden los registros de la variación de parámetros,
y cuando este fuera de rango se active el sistema de ventilación en caso de
humedad alta, y en temperaturas bajas active la calefacción.
35
La humedad medida de la atmosfera es la que se encarga de regular los
ventiladores y el sistema de riego se activara en tiempos preestablecidos según
la clase de plantas que deseemos incluir ene l invernadero.
El sensor de humedad recibe la señal, esta señal se visualiza en la de un HMI,
si la humedad es menor que el set point activa la bomba de agua hacia los
aspersores y cuando es mayor o igual al set point se desactiva.
V.3 Temperatura
Las plantas en general necesitan una temperatura adecuada para su óptimo
crecimiento, caso contrario éste se detiene. Es aquí en donde debemos
aprovechar el efecto favorable del invernadero de mantener una temperatura
adecuada del aire así como del suelo, y favorecer el desarrollo de las raíces de
las plantas.
La temperatura es el parámetro más importante para el manejo del ambiente
dentro de un invernadero, ya que, es el que más influyente para el crecimiento
de las plantas.
Normalmente la temperatura ideal para las plantas se encuentra entre los 10 y
20° C. Para el manejo de la temperatura es importante conocer las
necesidades y limitaciones de la especie cultivada dentro de nuestro
invernadero.
Para el control de temperatura se instala un ventilador y, que se encargan de
regular la temperatura del interior del invernadero.
36
El sensor de temperatura se activa cuando la temperatura pasa el valor del set
point quien está programado. El sensor de temperatura recibe la señal, esta se
visualiza en la pantalla del computador, y si la temperatura es menor que el set
point se apaga el ventilador y cuando es mayor del set point se activa el
ventilador.
A continuación se detalla una tabla con las temperaturas mínimas y máximas a
las cuales se desarrollan las distintas plantas en los cultivos
Tabla 5. Temperaturas para diferentes tipos de plantas
Fuente: Propia
Temperatura mínima letal es aquella por debajo de la cual se producen daños
en Ja planta.
Temperaturas máximas y mínimas biológicas nos Indican valores, por encima o
por debajo del cual no es posible que la planta alcance una determinada fase
vegetativa, como floración, fructificación, etc.
Temperaturas nocturnas y diurnas. Indican los valores aconsejados para un
correcto desarrollo de la planta
Estos valores nosotros podemos fijarlos en nuestro controlador dependiendo
del cultivo que vayamos a plantar en nuestro invernadero.
37
V.4 Control De Variables Y Actuadores
La manipulación y visualización a través de la pantalla HMI, presentan un
funcionamiento estable y nos permitirá un acceso rápido a la modificación de
los set point y de las variables supervisadas.
Figura 6. Esquema de supervisión de variables
A partir del funcionamiento de los componentes y los datos proporcionados del
funcionamiento de nuestro invernadero podemos establecer nuestro lazo de
control.
Figura 7. Lazo de control del regulador de temperatura
38
V.5 Arduino Uno
Arduino es una plataforma de hardware abierto que está basada en una placa
con un microntrolador de la marca Atmel de bajo coste, y una sencilla
incorporación de componentes como: puerto USB, una serie de entradas y
salidas de tipo analógico y digital, reguladores de tensión, etc., como se
muestra sus características a continuación:
Microcontrolador: Atmega328
Voltaje de operación: 5V
Voltaje de entrada: 6 ~ 12V
Interfaz: Serial, SPI e I2C
Pines digitales: 14 (6 programables para salida PW
Pines analógicos: 6
Corriente continua: 40 mA
Memoria flash: 32 KB (0.5 ocupados por el bootloader)
SRAM: 2 KB
EEPROM: 1 KB
Frecuencia reloj: 16 MHz
Figura 8. Arduino UNO
39
El Arduino tiene 14 pines digitales configurables para salida o entrada, y
pueden dar hasta 5V, y la corriente de entrada/salida máxima es de 40mA.
Cada uno de estos pines cuenta con una resistencia interna entre 20kΩ y 50kΩ
de tipo pull-up. 6 de estos pines pueden configurarse como salidas para
generar señales de tipo PWM (modulación por ancho de pulso) de hasta 8 bits.
Dispone también de 6 pines analógicos de entrada, cuyas señales son
procesadas por un convertidor analógico digital de 10 bits, por lo que devuelve
valores entre 0 y 1023. Arduino dispone de varios tipos de comunicación; la
Serial en los pines 0 y 1, también llamados Rx y Tx; comunicación SPI de los
pines 10 al 13, permitiendo controlar paralelamente diferentes dispositivos, y
también el I2C, permitiendo establecer comunicaciones con hasta 127
dispositivos. La alimentación de la placa está entre los 6 y los 12V, siendo el
límite inferior limitante para sacar del regulador de tensión los 5V, y si
superamos los 12V hay posibilidad de daño.
Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada
de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea
controlando luces, motores y otros actuadores. el microcontrolador en la placa
arduino se programa mediante el lenguaje de programación arduino (basado en
wiring) y el entorno de desarrollo arduino (basado en processing)
Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada
de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea
controlando luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa
Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado
en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing)
40
La Interfaz de Usuario creada para monitorear el proceso de control y
automatización, hace de este sistema una herramienta sencilla y amigable con
el usuario, en el cual se puede manejar todas las variables involucradas en los
cultivos.
La implementación del presente sistema de automatización y control permitirá
al productor reducir el costo de personal debido a que el sistema será el
encargado del registro de los parámetros.
Los DAQ debido al alto costo de los DAQ de National Intruments, Arduino se
torna en una alternativa atractiva debido a su bajo coste, su plataforma de
hardware abierta y a la posibilidad de ser usado como DAQ junto al software de
LabVIEW haciendo uso de una librería exclusiva de Arduino – LabVIEW para
este propósito.
V.6 LABVIEW
Plataforma de programación virtual LabView. LabVIEW es una plataforma
estándar que, en la industria de test y medida, en el campo, y en el área de
visión artificial. Es útil para controlar, monitorizar y registrar los instrumentos
desarrollados por el sistema de prueba, de inspección en producción o
laboratorio (Hernández E., 2014).
Su crecimiento en los últimos años ha dado paso a nuevas áreas laborales
como “simulación, diseño de control y sistemas embebidos en tiempo real”
Para Rodríguez (2015) y Hernández E. (2014) .
La finalidad de desplegar sistemas de monitorización y control distribuido de
manera interactiva usando instrumentos virtuales de LabVIEW. La plataforma
virtual LabView de National Instrument, es un lenguaje de programación
41
gráfica, similar a los lenguajes de alto nivel, como C o Basic, con la diferencia
que LabVIEW utiliza librerías gráficas propias del fabricante.
Esta plataforma, permite diseñar aplicaciones básicas, mediana y avanzadas a
partir de los instrumentos virtuales (Instrument Virtual, IV) disponibles en cada
una de las herramientas conocidas como tools.
Figura 9. Labview
Una de las razones por la cual LabVIEW lidera en el desarrollo de plataformas
en la industria a nivel mundial se debe a la compatibilidad que posee con todos
los tipos de Hardware que se encuentran en el mercado permitiendo a estos
establecer comunicación mediante sus múltiples interfaces de comunicación
como:
El puerto serie,
puerto paralelo,
TCP/IP1 ,
PXI2 ,
USB3 ,
GPIB 4 4 Hewlett-Packard Instrument Bus (HP-IB)
OPC OPC (OLE for Process Control) es un estándar de comunicación
en el campo del control y supervisión de procesos industriales
Bluetooth, entre otros.
42
Además, LabVIEW puede realizar una interacción con otros lenguajes y
aplicaciones, como por ejemplo:
DLL (librerías de funciones),
.NET, ActiveX,
MultiSim,
Matlab/Simulink,
AutoCAD,
SolidWorks, etc.
Herramientas gráficas y textuales para el procesado digital de señales.
Visualización y manejo de gráficas con datos dinámicos.
Adquisición y tratamiento de imágenes.
Control de movimiento (combinado incluso con todo lo anterior).
Tiempo Real estrictamente hablando.
Programación de FPGAs para control o validación.
Sincronización entre dispositivos.
Entre las áreas de aplicación de LabVIEW tenemos:
Adquirir Datos y Procesar Señales.
Control de Instrumentos.
Automatizar Sistemas de Pruebas y Validación
Sistemas Embebidos en Monitoreo y Control
43
Figura 10. Las DAQs
Características de DAQ para ser implementados en la industria por National
Instrument.
Figura 11. Características de las DAQs
DAQ portátil diseñado por National Instrument
44
Figura 12. My DAQ de National Instrument
V.7 Etapa De Temperatura y humedad relativa
Para la medición de temperatura de nuestro invernadero usamos el sensor
DHT 11 que se conecta a uno de los pines de entrada del Arduino, en la
siguiente figura se muestra su conexión.
El sensor de temperatura lineal DHT 11 con esta forma es muy fácil de usar, ya
que solo tienes que conectar los tres pines a tu controlador.
Figura 13. Sensor DHT11
45
Características:
Basado en el sensor de temperatura semiconductor DHT11
Se puede usar para detectar la temperatura del aire ambiente
Especificaciones:
Tipo: Analógico
Voltaje de trabajo: 3.3-5V
GND: conexión con tierra
DATA: transmisión de datos
VCC: alimentación
MODELO DHT11
Alimentación de 3,5 V a 5 V
Consumo 2,5 mA
Señal de salida Digital
Temperatura
Rango de 0ºC a 50ºC
Precisión a 25ºC ± 2ºC
Resolución 1ºC (8-bit)
Humedad Relativa
Rango de 20% RH a 90% RH
Precisión entre 0ºC y 50ºC ± 5% RH
Resolución 1% RH
Tabla 6. Características sensor DHT11
46
El código para el llamado en arruino.
Figura 14. Conexión del Sensor DHT11
47
Para realizar las pruebas de funcionamiento de nuestro sensor conectado al
arduino y realizando la interfaz a nuestro PC para ser controlado t medido
mediante LABVIEW.
Figura 15. Conexión del VI al sensor DHT11
Figura 16. Panal de curva de funcionamiento del sensor DHT11
48
Este diseño virtual nos sirve para saber los rangos de operación de nuestro
sensor, para posteriormente configurarlo a nuestro sistema de invernadero
inteligente.
En esta etapa de configuración en el VI d LABVIEW como se muestra en la
siguiente figura muestra los datos que llegan a nuestra plataforma de la placa
Arduino, y colocamos nuestros rangos de temperatura de funcionamiento de
nuestro controlador que posteriormente al detectar una temperatura superior a
la ingresada, este procede a activar los ventiladores.
No tenemos que confundirnos entre analógico y digital. Aunque lo conectemos
a un pin digital, se trata de un dispositivo analógico. Dentro del propio
dispositivo se hace la conversión entre analógico y digital.
Por lo tanto, partimos de una señal analógica que luego es convertida en
formato digital y se enviará al microcontrolador. La trama de datos es de 40 bits
correspondiente a la información de humedad y temperatura del DHT11.
0011 0101 + 0000 0000 + 0001 1000 + 0000 0000 = 0100 1101
Figura 17. Trama de datos es de 40 bits
El primer grupo de 8-bit es la parte entera de la humedad y el segundo grupo la parte
decimal. Lo mismo ocurre con el tercer y cuarto grupo, la parte entera de la
temperatura y la parte decimal. Por último los bits de paridad para confirmar que no
hay datos corruptos.
49
Figura 18. Diseño del controlador par toma de datos del sensor DHT11
En este diagrama observamos la lectura del sensor conectado al pin 4, la salida
de los datos del SubVI Read se conecta a un indicador numérico y a los case
structure destiados a la calefacción y ventilador, el case structure tiene 2
posiciones controladas por el interruptor Manual/Automático.
La posición 0 o dedefault corresponde a la posición manual y la 1 corresponde
a la posición automática. Y la salida corresponde a la alarma y otra
corresponde al control del rele asociado a la calefacción.
El modlo Digital Write.VI están asociados al pin 4 para activar los ventiladores y
el pin 9 para la calefacción.
50
Figura 19. Accionamiento de los ventiladores y calefactor
Aquí vemos un indicador numérico de la humedad, 2 controles numéricos para
el valor mínimo y máximo de a temperatura, adicional posee 3 interruptores uno
para el accionamiento Manual/Automático para la activación de los relees del
ventilador y la calefacción, y los led ue se encienden cuando nos indican si la
temperatura y la humedad es menor o mayor que es seleccionado, y por ultimo
un Stop para realizar la parada del programa.
V.8 Etapa De Humedad de suelo
Para esta etapa se utilizó un higrómetro de suelo FC-28, que es un sensor que
mide la humedad del suelo. Son ampliamente empleados en sistemas
automáticos de riego para detectar cuando es necesario activar el sistema de
bombeo.
El FC-28 es un sensor sencillo que mide la humedad del suelo por la variación
de su conductividad. No tiene la precisión suficiente para realizar una medición
absoluta de la humedad del suelo, pero tampoco es necesario para controlar un
sistema de riego.
51
El FC-28 se distribuye con una placa de medición estándar que permite obtener
la medición como valor analógico o como una salida digital, activada cuando la
humedad supera un cierto umbral.
Los valores obtenidos van desde 0 sumergido en agua, a 1023 en el aire (o en
un suelo muy seco). Un suelo ligeramente húmero daría valores típicos de 600-
700. Un suelo seco tendrá valores de 800-1023.
Figura 20. Higrómetro de suelo FC-28
A la salida digital dispara cuando el valor de humedad supera un cierto umbral,
que ajustamos mediante el potenciómetro. Por tanto, obtendremos una señal
LOW cuando el suelo no está húmedo, y HIGH cuando la humedad supera el
valor de consigna.
El valor concreto dependerá del tipo de suelo y la presencia de elementos
químicos, como fertilizantes. Además, no todas las plantas requieren la misma
humedad, por lo que lo mejor es que hagáis una pequeña calibración en el
terreno real.
El esquema eléctrico es sencillo. Alimentamos el módulo conectando GND y 5V
a los pines correspondientes de Arduino.
52
Ahora si queremos usar la lectura analógica, conectamos la salida A0 a una de
las entradas analógicas de Arduino.
Figura 21. Conexión de Higrómetro de suelo FC-28
Figura 22. Conexión a ARDUINO de Higrómetro de suelo FC-28
El código necesario es realmente sencillo. Si estamos empleando la señal
analógica A0, leemos el valor mediante la entrada analógica, y usamos el
puerto serie para mostrar el valor por pantalla.
En un caso real, este valor se emplearía para ejecutar acciones, en lugar de
mostrar el valor.
53
Figura 23. Declaración de valores analógicos en ARDUINO
Si estamos empleando la señal digital, empleamos una entrada digital para leer
el estado. En el ejemplo mostramos un mensaje por la pantalla, pero
igualmente en un caso real ejecutaríamos las acciones oportunas.
Figura 24. Declaración de valores digitales en ARDUINO
En nuestro controlador el sensor de humedad envía los datos a la placa
Arduino y están son interpretados por nuestro software para conocer el estado
en el que se encuentra el suelo adicional si el suelo se encuentra por debajo de
los parámetros dados activara la bomba de agua que regara las planta.
54
Figura 25. Control de bomba de agua
Se muestra un instrumento virtual del monitoreo y control de la humedad
relativa, cuando la humedad está por sobre los parameras deseados, nuestro
controlador accionara los motores de apertura de ventanas.
Figura 26. Toma de datos de humedad del suelo
También se colocó un interruptor de encendido y apagado para el o los
usuarios puedan abri de manera manual las ventanas.
55
Figura 27. Accionamiento Manual/Automático de bomba de agua
V.9 Interfaz De Comunicación
Se muestra el panel frontal diseñado para la interfaz hombre maquina donde se
pueden controlar y monitorear los factores más importantes en un invernadero
antes mencionados en el presente documento. En este se pueden establecer a
criterio de los usuarios los valores con los cuales trabajara el sistema de una
manera autónoma, facilitando y mejorando las condiciones de trabajo en el
invernadero.
Figura 28. Control virtual del invernadero inteligente
56
V.10 Comunicación Serial De Labview
Describiremos los pasos para comunicar un microcontrolador desde el puerto
serial de la computadora (COMX) utilizando los drivers de NI VISA para
LabView. El microcontrolador del ARDUINO debe contener un programa que
ejecute alguna acción de acuerdo a la información enviada a través de su
entrada serial.
Conecte el cable de conexión serial a cualquiera de los puertos tipo serial. La
configuración de los pines del cable de conexión serial se muestra adelante en
la figura. Conecte la terminal de transmisión serial del microcontrolador al pin
de recepción del cable (pin 2). Conecte la terminal de recepción serial del
microcontrolador al pin de transmisión del cable (pin 3). Dependiendo del
microcontrolador que se use, esta terminal se puede identificar con etiquetas
como SERIN y SEROUT, RXD y TXD, Serial In y serial out.
Figura 29. Configuración de un conector serial hembra.
Un ejemplo se describe utilizando un microcontrolador PICAXE - 18X, en cuyo
caso se utiliza la terminal de entrada 6 y terminal de salida 7.
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Figura 30. Conexión al Puerto serial
Para poder comunicar Labview con Arduino, previamente, debemos instalar en
la tarjeta el firmware correspondiente. Partimos del supuesto de que ya
tenemos instalado en nuestro PC el entorno IDE Arduino. El fichero que
debemos cargar en el IDE de Arduino para luego descargar en la tarjeta se
encuentra en la carpeta en donde tengamos instaldo
Labview …\National Instruments\LabVIEW 20XX\vi.lib\LabVIEW
Interface for Arduino\Firmware\LVIFA_Base
Ejecutamos el IDE Arduino y cargamos el fichero.
Pasos a seguir:
Abrir el IDE Arduino pulsando sobre arduino.exe Con la opción Fichero->Abrir
Buscamos el fichero LVIFA_Base.pde
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Figura 31. Paleta de Funciones de
Figura 32.- VISA Configure Serial Port
Una vez inicializada la sesión VISA, se procede a configurar la lectura. Para lo
cual se utiliza “VISA Read”
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Figura 34. VISA Read
El nodo de “byte count” recibe el tamaño de buffer que se escribió en el puerto.
Para identificarlo, se coloca un Property Node ubicado en Functions >>
Programming >> Property Node. Su nodo de referencia se conecta a la sesión
VISA creada y luego, en property node se da un click para seleccionar Serial
Settings >> Number of bytes at serial port.
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Figura 35.- Configurando el Propery Node para contar el número de bytes
recibidos
Por último se debe cerrar la sesión VISA para liberar el puerto y poderle dar
otra función. Esto se logra con “VISA close” en Functions >> Instrument I/O >>
Serial >> Visa Close, y, como buena costumbre de programación se coloca un
controlador de errores.
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Figura 36.- Simple Error Handler
El VI para leer de nuestro controlador es el siguiente:
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Figura 37.- leyendo el Puerto serial con una sesión VISA de LabView
Es importante sincronizar la velocidad de transferencia de datos del
microcontrolador en la terminal de “Baud rate” del Visa Configure serial port, de
tal manera que sea la misma para ambos. La estructura “stacked sequence”
con la función wait es tan sólo una espera programada para la lectura.
Lo único presente en el Panel de control es el indicador “read buffer” donde se
escriben los datos adquiridos. También es importante seleccionar el puerto
COM adecuado. Con LabView se puede comprobar si el puerto COMX
seleccionado es el adecuado. El ejemplo Basic Serial Write and Read.VI
Escribir en el puerto serial usando LabView es más sencillo, y los pasos se
enuncian a continuación.
Primero, se inicializa una sesión VISA de la misma manera que se hizo al leer
el puerto, con un “VISA Configure Serial Port”. Luego, se coloca un “VISA
Write” que se puede encontrar en Functions >> Programming >> Instrument I/O
>> VISA Write.
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Figura 38. VISA Write
Por último se cierra la sesión VISA con un “VISA close” y un “Simple Error
Handler. El VI de escritura de nuestro controlador en puerto serial puede
quedar como se muestra a continuación.
Figura 39. Escribiendo al Puerto serial con una sesión VISA en LabView
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Al igual que en la lectura del puerto serial, la velocidad de transferencia es
primordial.
En ambos casos, es importante sincronizar las tareas de escritura y lectura
respectivamente, de tal manera que el microcontrolador o la computadora
estén listos para enviar o recibir un dato en el puerto serial. Para ello se puede
programar un loop que no permita que el programa avance hasta que no se
reciba cierto texto. Se recomienda la revisión de los VIs anexos en el
documento.
Muy importante es que en nuestro puerto serial “VISA serial” ingresemos los
datos correctos de comunicación y velocidad de transmisión de datos de
nuestra placa Arduino, se debe ingresar las mismas características y el puesto
de comunicaicon al cual este conectado en ese momento a nuestra PC.
Figura 40. VISA Write
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V.11 Interfaz De Arduino
La interfaz de comunicación para Arduino, es que, nosotros declaremos las
variables d entra de los sensores y las salidas para nuestros sistemas de
control, de esta manera Arduino actúe como una DAQ y ponemos en marchas
nuestro proyecto.
Puertos de entrada de los sensores son:
Sensor DHT11
Temperatura Pin 4
Humedad Relativa Pin 4
Figura 41. Sensor DHT11 (Temperatura y Humedad)
Sensor de Humedad del Suelo
Pin 0
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Figura 42. Higrómetro
Sensor Fotoresistor
Pin 2
Figura 43. Fotoresistor, activa la ampolleta
Código para compilación y descarga desde nuestro Arduino:
int ventiladores = 1;
int sensortemperatura = 4;
int bombadeagua = 9;
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int sensorhumedad =02;
int ventanas = 5;
int fotoresistencia = 27;
int humedadrelativa = 1;
int temepraturafahrenheit = 15;
int val;
void setup() {
pinMode (1,OUTPUT);
pinMode (8,INPUT);
pinMode (3,OUTPUT);
pinMode (22,INPUT);
pinMode (5,OUTPUT);
pinMode (27,INPUT);
pinMode (1,INPUT);
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pinMode (15,INPUT);
}
void loop() {
val = analogRead (C8);
if (val == 60)
{
analogWrite(1,LOW);
}
else
{
analogWrite(1,HIGH);
val = analogRead (S22);
if (val == 26)
{
analogWrite(3,LOW);
}
else
{
digitalWrite(3,HIGH);
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val = analogRead (L27);
if (val == 25)
{
analogWrite(5,LOW);
}
else
{
analogWrite(5,HIGH);
}
delay (200);
}
}
}
Una vez compilado el programa y descargado a nuestra placa, y comprobado
que tenemos comunicación con Labview, se realizó el montaje del prototipo
para dar pasa a la siembra y al cultivo del Aji.
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Figura 44. Prototipo de invernadero tipo túnel
La comunicación entre Arduino y Labview activa los reles de la bomba de agua,
ampolleta para la calefaccion y l ventilador en caso de alta temperatura.
Figura 45. Control de activación de relees
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Como resultado podemos ver en la siguiente figura que nuestra planta germino
hasta dar su fruto, y de la misma manera se le comparo con otra plata
sembrada en el exterior.
Observamos que la planta de ambiente exterior no creció a una altura
adecuada y lograr dar su fruto este es pequeño y carece de todas las
propiedades de un fruto sano, y con sus hojas notorias de una planta muriendo,
caso contrario con la planta germinada dentro de nuestro invernadero creció a
una altura adecuada y su fruto tanto como su color se lo ve fuerte y con
características de un fruto sano, y su tallo como toda la planta en general se le
ve q puede germinar más frutos.
Figura 46. Comparación entre plata sembrada en invernadero y planta
sembrada al exterior
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CAPITULO VI
VI. Discusión De Resultados Y Conclusiones Generales
Se tiene un gran horro en mano de obra, una vez puesto en marcha no
necesita especial atención. Existen en el mercado, eficaces
controladores activados por electroválvulas conectadas a un reloj que,
por sectores y por tiempos, activará el sistema según las necesidades
previamente programadas. Con lo cual la mano de obra es
prácticamente casi inexistente.
A la hora de sembrar, es importante tener en cuenta el o los manuales
de usuario para el sistema automatizado de invernaderos y propiedades
del suelo, fundamentalmente su humedad. Esta permitirá que las plantas
crezcan sanas y ofrezcan frutos de una buena calidad.
Los invernaderos automatizados permiten el manejo inteligente de las
condiciones ambientales.
El uso de un sensor de temperatura que se acople a nuestras
necesidades es algo que se debe de tomar en cuenta, para ello se llevó
la selección de un sensor de fácil acceso tanto de manera de búsqueda
como de precio, así como de su fácil interpretación de valores con los
que se trabajaría.
La recopilación de información nos permite identificar el uso de la
automatización en el manejo de los cultivos, como generar un listado de
variables que se deben supervisar y controlar.
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Es necesario tener en cuenta las variables de temperatura, humedad,
PH y CO2, que son las que actúan directamente en el desarrollo de las
plantas, es por esto que se propone usar varios sensores que cumplan
con nuestros requisitos de medición, para tener un control mas exacto
sobre las mediciones de las variables.
Poder realizar las modificaciones en cuestiones de rango de operación
de los extractores de calor es de gran importancia. Esto permitiría al
usuario establecer a su deseo y según sea requerido su rango de inicio y
paro de los mismos. Es por ello que se colocaron unos controles que
permitirán variar los valores de funcionamiento de estos mismos.
Se estudió la forma de incrementar la producción del cultivo, por medio
de un análisis interno, identificando las siguientes fortalezas y
debilidades.
Escribir o leer en puerto serial utilizando LabView se logra con una
sesión VISA. Se configuran las características de la comunicación con
un “VISA Serial Port Configuration” para que concuerden el
microcontrolador y la computadora. La lectura se hace con “VISA Read”
y un “Property Node” para leer la cantidad de datos recibidos. La
escritura se hace con “VISA Write” únicamente. En ambos casos se
cierra la sesión con “VISA Close” y “Simple Error Handler.
Para el caso de la iluminación se consideran factores tales como: horas
de iluminación solar a sustituir, horas de trabajo de los operadores y
control manual de las luminarias. En la presente automatización
previamente vista y mencionada solo se realiza el accionamiento por
medio de un botón dentro de software de programación encontrado en el
panel frontal de nuestra aplicación, ese nos permitirá encender la
iluminación a nuestro deseo.
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GLOSARIO
PLC Control lógico programable
HMI Interface hombre maquina
V Voltio
Date Fecha
Time Tiempo
Microcontrolador Circuito integrado programable, capaz de ejecutar las
órdenes grabadas en su memoria.
Arduino Hardware abierto
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REFERENCIAS
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Mega
ARDUINO. (s.f). Recuperado el 16 de Junio de 2017, de ARDUINO:
http://arduino.cl/que-esarduino/
Gutiérrez, J. M. (2013). Arduino + Ethernet Shield. Creative Commons
Attribution 3.0 Unported License
Invernaderos, C. C. (s.f.). Infoagro. Obtenido de
http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/con trol_climatico.htm
INVERNADEROS, C. C. (s.f). InfoAgro. Recuperado el 2017, de InfoAgro:
http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/con trol_climatico.htm
National Instruments. (s.f). Recuperado el 2017, de http://www.ni.com/es-
mx/shop/labview.html Oziel Lugo, G. V. (2012). Paquete tecnológico para el
monitoreo ambiental en invernaderos con el uso de hardware y software libre.
Terra Latinoam, vol.32 no.1 Chapingo.
GUILLEN PEREZ, Luis; SANCHEZ QUINTANAR, Concepción; MERCADO
DOMENECH, Serafín. Un aporte al estudio psicosocial del uso de tecnología
para el control de malezas en cultivos de maíz. Bioagro, Barquisimeto, v. 16, n.
1, enero 2004 . Disponible en
<http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1316-
33612004000100005&lng=es&nrm=iso>. accedido en 02 oct. 2015.
76
Leal Ladrón de Guevara, Alejandra. (2012). Estrategia pedagógica para la
producción textual: casos de desarrollo de conceptos. Literatura y lingüística,
(26), 183-204. Recuperado en 02 de octubre de 2015, de
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Pannunzio, Alejandro, Vilella, Fernando, Texeira, Pamela, &Premuzik, Zdenka.
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Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 15(1), 03-08. RetrievedOctober
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43662011000100001&lng=en&tlng=es. 10.1590/S1415-43662011000100001.
Sáez Tonacca, Luis, Castro Ruiz, Lidia, & Díaz Ramírez, Carlos. (2013).
Evaluación de la satisfacción de clientes respecto de la calidad de atención en
la Feria Libre N° 2 de la comuna de Quinta Normal, Santiago de Chile. Idesia
(Arica), 31(2), 15-23. Recuperado en 02 de octubre de 2015, de
http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-
34292013000200003&lng=es&tlng=es. 10.4067/S0718-34292013000
ANEXO 1
MANUAL DE USUARIO
MEDIOS Y TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN
INTRODUCCION
Suelo y sustratos
Este tema contiene dos aspectos diferentes:
Primero trata del suelo natural que, a diferencia de lo que ocurre en Europa central
y del norte, en el área mediterránea se usa mayoritariamente en los cultivos
protegidos, dado que satisface las necesidades de éstos en los invernaderos de
plástico, teniendo en cuenta las condiciones de clima, las características del suelo,
los sistemas de cultivo poco tecnificados, el valor económico de los productos, el
nivel tecnológico, las necesidades de los cultivos.
Segundo trata de las posibilidades de empleo de sustratos más o menos inertes,
que ya se usan ampliamente en el norte de Europa, con el propósito de evitar las
limitaciones del suelo natural para el cultivo hortícola. Para ello se han
desarrollado técnicas de cultivo sin suelo y cultivo hidropónico o aeropónico.
Este tipo de técnicas se muestran particularmente útiles para el cultivo de ciertas
especies exigentes y por ello es interesante tenerlas en cuenta para mejorar el
cultivo protegido en el área mediterránea.
Suelos naturales
Este objetivo se alcanza con mayor facilidad en terrenos con contenidos de 50-
60% de arena, 12-20% de limo, 10-15% de arcilla y 6-8% de materia orgánica.
En suelos que poseen una textura equilibrada, se encuentran condiciones
favorables de características hídricas y físicas.
Fertilización
En el cultivo protegido el costo de los abonos es relativamente pequeño en
comparación con el costo total de producción; la productividad es alta y las raíces
utilizan sólo un volumen reducido de suelo. Por ello puede prescindirse del
contenido de nutrientes del terreno y calcular el suministro de acuerdo con las
necesidades de las plantas. Cuando no se dispone de información precisa sobre
las necesidades de un cultivo concreto, es una buena base el empleo de la tabla
de extracciones (Tabla 16) para calcular el equilibrio correcto NPK y las
cantidades de abono a aplicar.
PRINCIPALES PLANTAS CULTIVADAS
Pimiento (Capsicum spp.)
El sistema radicular del pimiento está formado por una raíz principal de gran vigor
rodeada por una cabellera de raíces laterales. La mayor parte de las raíces se
sitúa en la zona superior del suelo (0-25 cm), pero también pueden profundizar
hasta 60-70 cm en un área de 50 cm de ancho.
El mínimo para la fructificación es aproximadamente 15ºC, estando la temperatura
biológica mínima cercana a los 11ºC. Por debajo de este nivel el pimiento va
sufriendo progresivamente daños irreversibles que dan lugar a crecimiento
raquítico, caída de frutos y flores jóvenes y necrosis de las hojas.
Temperatura
La temperatura óptima de germinación es de 25 a 30ºC. Temperaturas altas
durante el día (14-25ºC) y por la noche 20-21ºC), aseguran un buen crecimiento
vegetativo en los primeros estadios del crecimiento y también aseguran el buen
prendimiento de la planta después del trasplante.
El pimiento es muy sensible a los niveles de humedad relativa altos, siendo el nivel
de humedad ideal del 70-75%. Niveles superiores favorecen los ataques de
Botrytis y el aire más seco es perjudicial para el cuajado del fruto y provoca el
aborto floral.
Humedad
El pimiento es muy sensible a los niveles de humedad relativa altos, siendo el nivel
de humedad ideal del 70-75%. Niveles superiores favorecen los ataques de
Botrytis y el aire más seco es perjudicial para el cuajado del fruto y provoca el
aborto floral.
Luz
Las exigencias en intensidad luminosa son bastante limitadas ya que sus hojas
alcanzan el máximo de actividad fotosintética con una intensidad luminosa
aproximadamente de 0,4 cal. cm-2.min-1.
Melón (Cucumis melo)
Luz
El melón es uno de los cultivos protegidos más exigentes en calor y luz. Por ello
es una planta difícil de cultivar en invierno incluso en invernadero con calefacción.
Temperatura
Las plantas expuestas a poca intensidad luminosa sólo producen frutos de
pequeño calibre y con bajo contenido en azúcares.
También ocurre el mismo problema cuando las hojas son atacadas por parásitos,
ya que la producción de azúcar por parte de las hojas disminuye. Se ofrece
seguidamente una tabla de temperaturas mínimas y óptimas en grados
centígrados:
Mínima Óptima
Crecimiento vegetativo 12 22 - 26
Germinación 15 24 - 35
Temperatura del suelo 10 18 - 20
Maduración del fruto - 25 - 3
Humedad
un 40 a 90% de la ETP durante el período de crecimiento de la planta,
- un 100% de la ETP entre la floración y el desarrollo completo del fruto,
- 95% de la ETP durante la maduración.
Un exceso de agua en el momento de la maduración del fruto pueden hacer que
éste se agriete.
Berenjena (Solanum melongena L.)
Temperatura
La berenjena es una planta subtropical termófila cuyas exigencias en temperatura
son como siguen:
mínima letal 0-2ºC
mínima biológica 10-12ºC
máxima biológica 32-35ºC
óptima nocturna 17-22ºC
óptima diurna 22-27ºC
mínima de germinación 12-15ºC
óptima de germinación 20-30ºC
máxima de germinación 35ºC
Pepino (Cucumis sativus L.)
Temperatura
El pepino es menos exigente que el melón en lo relativo a temperatura. Se puede
considerar que la mínima de germinación está cercana a los 12ºC y la óptima
sobre los 30ºC. Por encima de los 35ºC la germinación resultará dudosa.
Respecto a la temperatura del aire, la óptima se sitúa alrededor de los 18-20ºC
durante la noche y de 20 a 25ºC durante el día. No conviene sobrepasar los 27ºC
a menos que haya mucha radiación. La temperatura del suelo por su parte debe
permanecer por encima de los 12ºC.
Humedad
Se aconseja mantener el nivel de humedad atmosférica entre el 70 y el 90%, ya
que el pepino es tan exigente en humedad, que en determinadas zonas los
horticultores deben recurrir al riego por aspersión.
Fresa (Fragaria x Ananassa Duch)
El crecimiento vegetativo cesa cuando la temperatura cae por debajo de los 6-7ºC.
Las condiciones climáticas óptimas para el crecimiento se sitúan en torno a los 10-
13ºC por la noche y 18-22ºC por el día y en el momento de la floración y
fructificación son mejores los niveles de humedad moderados, alrededor del 60-
70%.
Hay asimismo que destacar que la fresa:
- prefiere un suelo rico en materia orgánica, con pH entre 5,5 y 6;
- es muy sensible a la salinidad del suelo y del agua superior al 1%;
Porotos (Phaseolus vulgaris L.)
Temperatura
La judía verde es autógama, pero el medio ambiente influye en el desarrollo de
frutos y semillas, de tal modo que con una temperatura baja de invierno se puede
producir polen de mala calidad y una fecundación insuficiente que resulta en poca
cantidad de semillas y vainas curvadas o "en ganchillo". El crecimiento de la pared
del ovario depende de la presencia de semillas. En lo que se refiere a temperatura
las exigencias de la judía verde son como sigue a continuación:
Tª óptima de germinación 15-25ºC
Tª mínima de biológica 10-12ºC
Tª óptima de desarrollo vegetativo 18-30ºC
Tª óptima de floración 15-25ºC
Las variaciones térmicas amplias producen vainas de mala calidad. Asimismo las
temperaturas demasiado altas en el momento de la maduración de las vainas
aceleran el desarrollo de semillas y de hebras, sobre todo si el suelo está algo
seco. Hay que destacar que los cultivares enanos son menos exigentes en lo
relativo a temperatura de lo que lo son los trepadores.
Humedad
En la medida de lo posible es conveniente mantener una humedad atmosférica
próxima al 60-70%.
Sandía (Citrullus lanatus Mansfed=C. vulgaris L. Schrad)
Temperatura
La sandía no tolera las heladas en ninguno de sus estadios de crecimiento. Sus
exigencias térmicas son como sigue:
- Germinación: para germinar necesita de 25 a 28ºC con mínimas de 15-16ºC y
máximas de 40ºC.
- Crecimiento: son necesarios de 21 a 26ºC durante el día y de 15 a 18ºC por la
noche.
- Las temperaturas inferiores a 17ºC enlentecen el crecimiento considerablemente.
Las temperaturas bastante bajas o altas, por encima de los 32ºC, favorecen el
desarrollo de flores masculinas a expensas de un número menor de flores
femeninas o hermafroditas.
Humedad
Su nivel ideal oscila entre el 70 y 80%.
ANEXO 2
Características técnicas del ARDUINO UNO
Arduino es una placa con un microcontrolador de la marca Atmel y con toda la
circuitería de soporte, que incluye, reguladores de tensión, un puerto USB (En los
últimos modelos, aunque el original utilizaba un puerto serie) conectado a un
módulo adaptador USB-Serie que permite programar el microcontrolador desde
cualquier PC de manera cómoda y también hacer pruebas de comunicación con
el propio chip.
Un arduino dispone de 14 pines que pueden configurarse como entrada o salida y
a los que puede conectarse cualquier dispositivo que sea capaz de transmitir o recibir
señales digitales de 0 y 5 V.
También dispone de entradas y salidas analógicas. Mediante las entradas
analógicas podemos obtener datos de sensores en forma de variaciones continuas de
un voltaje. Las salidas analógicas suelen utilizarse para enviar señales de control
en forma de señales PWM.
Arduino UNO es la última versión de la placa, existen dos variantes, la Arduino
UNO convencional y la Arduino UNO SMD. La única diferencia entre ambas es
el tipo de microcontrolador que montan.
La primera es un microcontrolador Atmega en formato DIP.
Y la segunda dispone de un microcontrolador en formato SMD.
Nosotros nos decantaremos por la primera porque nos permite programar el chip sobre
la propia placa y después integrarlo en otros montajes.
Arduino UNO con microcontrolador en formato DIP Arduino UNO con
microcontrolador en formato SMD
Entradas y salidas:
Cada uno de los 14 pines digitales se puede usar como entrada o como salida.
Funcionan a 5V, cada pin puede suministrar hasta 40 mA. La intensidad máxima de
entrada también es de 40 mA.
Cada uno de los pines digitales dispone de una resistencia de pull-up interna de
entre 20KΩ y 50 KΩ que está desconectada, salvo que nosotros indiquemos lo
contrario.
Arduino también dispone de 6 pines de entrada analógicos que trasladan las
señales a un conversor analógico/digital de 10 bits.
Pines especiales de entrada y salida:
RX y TX: Se usan para transmisiones serie de señales TTL.
Interrupciones externas: Los pines 2 y 3 están configurados para
generar una interrupción en el atmega. Las interrupciones pueden
dispararse cuando se encuentra un valor bajo en estas entradas y con
flancos de subida o bajada de la entrada.
PWM: Arduino dispone de 6 salidas destinadas a la generación de
señales PWM de hasta 8 bits.
SPI: Los pines 10, 11, 12 y 13 pueden utilizarse para llevar a cabo
comunicaciones SPI, que permiten trasladar información full dúplex en
un entorno Maestro/Esclavo.
I2C: Permite establecer comunicaciones a través de un bus I2C. El bus
I2C es un producto de Phillips para interconexión de sistemas
embebidos. Actualmente se puede encontrar una gran diversidad de
dispositivos que utilizan esta interfaz, desde pantallas LCD,
memorias EEPROM, sensores...
Alimentación de un Arduino
Puede alimentarse directamente a través del propio cable USB o
mediante una fuente de alimentación externa, como puede ser un pequeño
transformador o, por ejemplo una pila de 9V. Los límites están entre los 6 y los
12 V. Como única restricción hay que saber que si la placa se alimenta con
menos de 7V, la salida del regulador de tensión a 5V puede dar menos que
este voltaje y si sobrepasamos los 12V, probablemente dañaremos la
placa.
La alimentación puede conectarse mediante un conector de 2,1mm con el
positivo en el centro o directamente a los pines Vin y GND marcados sobre la
placa.
Hay que tener en cuenta que podemos medir el voltaje presente en el jack
directamente desde Vin. En el caso de que el Arduino esté siendo alimentado
mediante el cable USB, ese voltaje no podrá monitorizarse desde aquí.
Resumen de características Técnicas
Microcontrolador Atmega328
Voltaje de operación 5V
Voltaje de entrada
(Recomendado)
7 – 12V
Voltaje de entrada (Límite) 6 – 20V
Pines para entrada- salida
digital.
14 (6 pueden usarse como salida
de PWM)
Pines de entrada
analógica.
6
Corriente continua por pin
IO
40 mA
Corriente continua en el
pin 3.3V
50 mA
Memoria Flash 32 KB (0,5 KB ocupados por el
bootloader)
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Frecuencia de reloj 16 MHz