NOMBRE DEL PROYECTO

AUTOMATIZACIÓN DE LOS PRINCIPALES PROCESOS

DE UN CULTIVO HIDROPONICO NFT.

PARA OBTENER EL TITULO DE: ING. MECATRONICO

POZA RICA DE HGO., VER. 7 ENERO DE 2014

PRESENTA: AZUCENA OM JOSE LUIS GO

INDICE GENERAL N° PAG.

INTRODUCCION..............................................................................................................................................1

1.1 -objetivos…………………………………………………………………………………………………………..2

1.2 -justificación………………………………………………………………………………………………...……2

1.3 – problema a resolver………………………………………………………………………………………..5

1.4 –metodología…………………………………………………………………………………………………….6

2 –DESARROLLO TEORICO………………………………………………………………………………………8

2.1 –hidroponía……………………………………………………………………………...……………………….8

2.2 -¿qué es la hidroponía?.........................................................................................................................9

2.3 -cómo funciona la hidroponía…………………………………………………………………………..12

2.4 -ventajas y desventajas de la hidroponía…………………………………………………………..15

2.5 -sustratos para la hidroponía y sus característica…………..………………………..………17

2.5.1-tipos de sustratos……………...………………………………………………………………………….20

2.6-técnicas hidropónicas........................................................................................................................25

2.6.1 - la hidroponía utilizando las técnicas de sustratos...........................................................25

2.6.2-técnicas de cultivos en solución................................................................................................27

2.6.3- raíz flotante (técnica estacionaria)..........................................................................................27

2.6.4- técnica laminar nutritiva (NFT)................................................................................................28

2.6.5 -técnicas hidropónicas aéreas.....................................................................................................29

2.6.6-técnica para forraje verde hidropónico..................................................................................30

2.6.7-composición y nutrición de las plantas hidropónicas……………………………………...31

2.7-elementos a considerar para realizar un cultivo hidropónico........................................34

2.8-factores de mayor importancia dentro de un cultivo hidropónico..............................37

3-SELECCIÓN DE UNA TÉCNICA DE CULTIVO HIDROPÓNICA PARA SU

IMPLEMENTACIÓN................................................................................................................................. ....41

3.1-experimentación con la técnica de cultivo NFT......................................................................42

3.2- diseño preliminar del cultivo hidropónico utilizando la técnica NFT.........................43

3.3-delimitación del área en la que se desarrollara el cultivo y su estructura…………...44

3.4-materiales para cultivo hidropónico NFT.................................................................................45

3.5-selección de las semillas a emplear y siembra........................................................................45

3.6-construcción de la estructura para un sistema de cultivo con técnica NFT...............47

3.7-fertilizante hidropónico para las plantas..................................................................................51

3.8-crecimiento de las plantas pasados algunos días después de la plantación..............52

3.9 -tiempos para el trasplante del germinador hacia el sistema NFT................................53

3.10-medios para contener la planta en el sistema NFT.............................................................53

3.11-sustrato para las plantas...............................................................................................................54

3.12-preparacion del fertilizante para las plantas.......................................................................54

3.13-¿cómo se siembran los cultivos?.................................................................................................55

3.14- extracción de las plantas de los semilleros...........................................................................56

3.15- inserción en tubos de PVC............................................................................................................60

4 -ELEMENTOS PARA LA AUTOMATIZACION…………………………………………………………64

4.1 -Automatización de los principales procesos de un cultivo hidropónico……………..64

4.2 -Instrumentación…………………………………………………………………………………………….65

4.3 -Microcontrolador pic16f877a…………………………………………………………………………65

4.4 -Microcontrolador Pic16f628a…………………………………………………………………………66

4.5 -Integrado 40106…………………………………………………………………………………………….68

4.6 -Sensor de temperatura LM35………………………………………………………………………….69

4.7 -Bomba hidráulica…………………………………………………………………………………………...70

4.8 -tipo de cultivo a utilizar…………………………………………………………………………………..71

4.9 -Factores de gran importancia dentro de un cultivo y procesos a automatizar……72

4.10 -Formas en cómo se realizara la automatización de procesos…………………………..73

4.11 –sistema de monitoreo de los sensores ………………………………………………………….75

412 -Simulación del comportamiento de los sensores………………………………….…………77

4.13 -establecimiento de fechas y visualización………………………………………………..…….78

4.14 -Parte de control automático………………………………………………………………………….79

4.15 -Sensores para la lectura de niveles………………………………………………………………..80

4.16 -La programación de cada uno de los microcontroladores………………………..……..81

4.17 Diseño de los pcbs………………………………………………………………………………………….86

4.18 -Conclusiones y recomendaciones………………………………………………………………….87

4.19 –Bibliografía………………………………………………………………………………………………….89

1

1. INTRODUCCION.

La hidroponía o agricultura hidropónica es un método utilizado para cultivar

plantas usando soluciones minerales en vez de suelo agrícola. La palabra hidroponía

proviene del griego, hydro = agua y ponos = trabajo. Las raíces reciben una solución

nutritiva equilibrada disuelta en agua con todos los elementos químicos esenciales

para el desarrollo de la planta. Y pueden crecer en una solución mineral únicamente o

bien en un medio inerte como arena lavada, grava o perlita.

Los investigadores en fisiología vegetal descubrieron en el siglo XIX que las plantas

absorben los minerales esenciales por medio de iones inorgánicos disueltos en el

agua. En condiciones naturales, el suelo actúa como reserva de nutrientes minerales

pero el suelo en si no es esencial para que la planta crezca. Cuando los nutrientes

minerales de la tierra se disuelven en agua, las raíces de la planta son capaces de

absorberlos. Hoy en día esta actividad está tomando mucho auge en los países donde

las condiciones para la agricultura resultan adversas, combinando la hidroponía con

un buen manejo de invernadero se llegan a obtener rendimientos muy superiores a

los que se obtienen en cultivos a cielo abierto.

Este proyecto tiene como principal objetivo realizar la automatización de los

principales procesos de un cultivo hidropónico, de forma que se disminuya la

intervención humana en sus cuidados y se obtengan mejoras en su desempeño.

Para ello es necesario tener una instalación que cuente con un cultivo hidropónico,

para diseñar un sistema que controle de forma autónoma sus procesos y que sea

ideal para el cultivo, es por lo cual nos dimos a la tarea de investigar en qué consistía

esta técnica innovadora de la agricultura y teniendo los conocimientos necesarios

para cultivar una planta de esta forma iniciamos la construcción de un cultivo

hidropónico NFT (técnica de la película de nutrientes) . La construcción de un sistema

de este tipo nos permitió estudiar y analizar, los principales procesos involucrados

en un cultivo hidropónico. Las tareas identificadas como las más críticas fueron la

recirculación y oxigenación de la solución nutritiva, así como la reposición de agua y

nutrientes consumidos por la huerta. Posteriormente, se realizó la selección y puesta

en funcionamiento de un sistema automático que manejara dichos procesos.

2

1.1 OBJETIVOS:

Objetivo general.

Realizar la automatización de los principales procesos involucrados en un sistema de

cultivo hidropónico, de tal forma que con ello se reduzca la intervención humana en su

manejo, se obtenga un mejor desempeño del sistema y mayor producción, finalmente

aplicar dicho diseño a un sistema casero para observar su desempeño y nos

proporcione información necesaria para poderlo aplicar a un sistema de producción

comercial.

Objetivos específicos. 1-Conocer los principales procesos involucrados en un sistema de cultivo hidropónico. 2- Identificar los procesos que con la automatización nos proporcionaran un mejor desempeño de sistema. 3- teniendo los conocimientos teóricos de esta técnica ponerla en práctica construyendo un cultivo hidropónico casero. 3- Diseñar un sistema de automatización de los procesos de cultivo hidropónico utilizando un micro controlador y sensores en conjunto. 4-Implementar el diseño realizado en un sistema cultivo hidropónico de lechuga casero y evaluar su desempeño.

1.2 JUSTIFICACIÓN.

Hoy en día nos enfrentamos a un mundo en el que mientras más rápido se produzca

y se venda es mejor, esto conlleva a que se modifiquen la mayor parte de los

alimentos, que son forzados a crecer de forma rápida y con gran cantidad de

químicos, con esto me refiero a las plantas y animales, actividad que favorece

principalmente a los productores masivos, pero que afecta a los consumidores como

tal, ya que esos productos a largo tiempo provocan una serie de fallas en nuestro

3

organismo, principalmente cáncer. Por eso es mejor optar por productos que no

contengan tantos químicos y por supuesto que al ser producidos sean de maneras

más amigables con el medio ambiente, en respuesta a esto desde ya hace largo

tiempo han surgido actividades de cultivo alternativas que satisfagan estas demandas,

las cuales permiten un desarrollo sustentable en equilibrio con la naturaleza.

Desde hace mucho tiempo atrás en la época de los aztecas se practicaba una

agricultura sobre jardines flotantes, sobre los lagos actividad que le beneficiaba

mucho a las plantas pues estas tomaban el agua que necesitaban directamente del

lago, evitando así a los agricultores tener que regar las platas, en otras culturas de

igual forma de hacia los mismo, con el tiempo se fueron perfeccionado estas técnicas

hasta que surgió como tal La hidroponía o agricultura hidropónica es un método

utilizado para cultivar plantas usando soluciones minerales y sustratos en vez

de suelo agrícola. La cual consiste en que las raíces reciben una solución nutritiva

equilibrada disuelta en agua con todos los elementos químicos esenciales para el

desarrollo de las plantas, En un jardín hidropónico, este nutriente solución puede

circular alrededor de las raíces ya sea por fuerza de gravedad , o por la fuerza activa

de una bomba . Algunos sistemas bañan las raíces con la solución nutritiva y utilizan

una bomba de aire para oxigenar la solución de abajo, esto ayuda a evitar el

estancamiento y proporciona a las raíces el oxígeno que tanto necesitan.

Las plantas cultivadas usando las técnicas hidropónicas son generalmente más sanas

que las plantas que se extraen del suelo cultivado. Debido a que las plantas

hidropónicas reciben un casi perfecto equilibrio en su dieta , y rara vez están en

contacto con las plagas y enfermedades del suelo, debido a que solo necesitan una

solución mineral , un medio inerte, como arena lavada, grava o perlita, entre muchas

otras. La hidroponía es un técnica de cultivo muy utilizada en países europeos donde

esta ocupa un 70% de los cultivo, además de que les permite obtener una mayor

producción en muy poco espacio y se coloca como un medio de producción agrícola

alternativo muy sustentable que incluso rebaza al cultivo tradicional en tierra.

En México las personas que se dedican a la hidroponía lo hace de forma artesanal y la

mayor parte de las personas dedicadas a la agricultura lo hacen de la forma

tradicional, cultivando la tierra. Es por este motivo que se considera que la agricultura

4

hidropónica apenas inicia su desarrollo en México. De los pocos invernaderos que se

instalan en regiones del país mucho de ellos fracasan debido a que las personas no

conocen su funcionamiento o requerimientos, es por eso que automatización de un

cultivo hidropónico proporcionara un mejor manejo de este tipo de cultivo ya que la

mayoría de los procesos estarían controlados. Veracruz es una región agrícola, en la

que casi no se conoce este tipo de cultivo que ofrece grandes beneficios, ya que es

posible producir más en un menor espacio y mejores productos libres de pesticidas,

además de que dicha actividad es incluso aplicada para forrajes que crecen

rápidamente, que es de gran ayuda para épocas en las que no hay lluvias para que el

pasto crezca de manera natural en la tierra, como mencionamos anteriormente se

reduce, el uso de pesticidas para control de las plagas, preparación de suelos, incluso

de trabajadores para realizar todas las actividades que conlleva la preparación de un

cultivo, por ende se reduce costos de producción.

Si se toman en cuenta las múltiples ventajas que presenta la hidroponía como un

Medio para mejorar la producción y calidad de los alimentos, es de gran importancia

que se desarrollen y se den a conocer para tener mejores rendimientos especialmente

para una región como esta en la que sería una excelente opción tanto por su clima. La

automatización es una de los pasos más básicos para agilizar y optimizar procesos

productivos. Por qué nos permite tener un proceso más controlado y no necesitar

mucha supervisión humana ya que los procesos serán realizados de forma automática.

Es por ello que nos dimos a la tarea de diseñar un sistema de cultivo hidropónico

casero, teniendo como base este diseño implementar la automatización de los

principales procesos del cultivo, observar el desempeño del sistema en conjunto

tanto en el nivel electrónico aplicado para la automatización asi como la respuesta del

cultivo y en base a ello obtener conocimiento que nos permitan posteriormente

realizar un diseño de ambos sistemas de manera más adecuada y poder aplicarse a

nivel comercial.

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1.3 PROBLEMA A RESOLVER.

El cultivo hidropónico es un proceso delicado que requiere una supervisión y

cuidados especiales, para los vegetales o plantas que se están cultivando ya que como

sabemos estos dependen de un flujo de agua previamente preparado con elementos

minerales que les proporciona los nutrientes necesarios para seguir creciendo,

además de que es muy importante la oxigenación de las raíces de las plantas, estos

son unos de los procesos más importantes en un cultivo hidropónico ya que se están

desarrollando en un medio en el que naturalmente no se crecerían ni sobrevivirían. El

conjunto de procesos que constituyen un sistema de cultivo hidropónico, involucran

una cantidad de trabajo muy importante, actividades que de no ser realizadas

mediante un sistema automático, tendría que ser realizado de manera manual

durante todos días o el tiempo hasta que se desarrollen las plantas, ya que se estaría

revisando que el flujo de agua llegue correctamente a todas las planta, encendiendo

las bombas para oxigenar a las plantas y para alimentarlas. Tareas que de no ser

cumplidas diariamente ocasionarían graves estragos en las plantas que se están

cultivando.

Como mencionamos anteriormente muchas de las huertas hidropónicas

implementadas en nuestro país fracasan debido a que no se tiene el cuidado y el

manejo adecuado de este sistema, Por lo tanto poder diseñar la automatización de un

sistema de cultivo hidropónico casero , nos ayudaría a resolver muchos de estos

problemas asociados al trabajo humano continuo que requiere un sistema de este tipo

para un óptimo funcionamiento, siendo esto mejor aun cuando después de diseñado

este sistema pueda ser aplicado en un cultivo hidropónico casero de lechugas,

observar su desempeño y poder aplicarla a un sistema de cultivo más grande para

una comercialización.

6

1.4 METODOLOGIA

Para poder lograr a cabo cada uno de los objetivos planteados en este proyecto se

llevaran a cabo cada una de las siguientes actividades las cuales nos ayudaran a

conocer más a fondo sobre el tema de la hidroponía y sus requerimientos, dando

como resultado una resolución a nuestro problema.

Objetivo. Actividades.

Conocer los principales procesos involucrados en una huerta

Hidropónica.

*- Buscar información en libros sobre cultivos hidropónicos. *- Buscar información en sitios web que ofrecen información y cursos gratuitos de hidroponía.

Identificar los procesos que con la automatización nos proporcionaran un

mejor desempeño de sistema.

*- Investigar sobre técnicas y recomendaciones generales que mejoran el rendimiento del tipo de huerta hidropónica seleccionada. *- Seleccionar las tareas de mantenimiento de la huerta que son repetitivas y que son las que mayor cantidad de tiempo consumen. *- Definir las tareas más delicadas de ejecutar, y que por su grado de importancia sería recomendable que se hicieran de forma automática y no manual.

Diseñar un sistema de automatización para los procesos de un cultivo

hidropónico casero, utilizando un microcontrolador.

*- seleccionar el tipo de cultivo hidropónico ya sea flotante o o por conducción NFT. *- seleccionar el tipo de microcontrolador a utilizar tomando en cuenta cada una de las variables que se van a estar manejando en el sistema. *- seleccionar los sensores y diseño de etapas de potencia para las cargas que

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serán accionas en su caso serán bombas de suministro.

Implementar en un cultivo hidropónico casero la automatización de procesos,

para observar su desempeño y obtener información para una aplicación

comercial.

*- seleccionar el lugar donde se realizara la instalación del sistema. *seleccionar el tipo de plantas a cultivar así como el fertilizante adecuado. *siembra de las plantas elegidas *- construir la parte que albergara a las plantas así como la conducción del agua en el sistema. *- hacer el trasplante de las plantas hacia el nuevo lugar de desarrollo y poner en marcha el sistema. *observar el sistema y adaptar a este la automatización de los procesos más importantes y repetitivo. *- seleccionar los materiales básicos para el sistema, así como los equipos para la automatización. *- instalar los sensores y equipos. *- programar el microcontrolador para leer los sensores y activar las cargas según sea el caso. *- examinar el crecimiento de las plantas durante su etapa de desarrollo y evaluar el desempeño del sistema. *- plantear posibles mejoras o modificaciones al sistema para mejorarlo y llevarlo a cabo en un invernadero.

8

2 DESARROLLO TEÓRICO

2.1 Hidroponía

Desde sus inicios las grandes

civilizaciones tuvieron como

base de su desarrollo y

prosperidad, la agricultura ya

que constituía su principal

fuente de alimento, por siglos

las técnicas de cultivo se fueron

perfeccionado y transmitidas

de generación en generación.

Desde hace algunos años la

aplicación de la ciencia en la

agricultura permitió la

modificación genética de las plantas, para mejorarlas y el uso de agentes químicos

para combatir plagas. Las técnicas de cultivo se mejoraron y se desarrolló la

hidroponía, que quiere decir (trabajo en agua) y consiste en cultivar plantas en agua.

esta técnica ya antes era usada por los aztecas con el uso de chinampas las cuales

eran un tipo de jardines flotantes, estaban fabricados de un armazón y lodo que se

construían en el lago de Xochimilco, estos terrenos quedaban completamente fértiles

para cultivarse. pero muchos creen que la hidroponía empezó en la antigua

Babilonia, en los famosos Jardines Colgantes, en lo que probablemente fuera uno de

los primeros intentos exitosos de cultivar plantas hidropónicamente, también Los

principios son encontrados en China, Egipto e India. La hidroponía es tan antigua

como la misma civilización humana, el término como tal fue acuñado 1929, donde

William F. Gricke, profesor de la Universidad de California, Davis, define el proceso

como hidroponía que significa "trabajo en agua ". Durante la segunda guerra mundial

las fuerzas aliadas instalan en sus bases sistemas hidropónicos para proveer de

vegetales y frutas frescas a las tropas en conflicto. A partir de esto, la hidroponía

comercial se extiende en el mundo.

1 fig.: agricultores construyendo chinampas sobre el lago de Xochimilco, los inicios de la hidroponía en México.

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2.2 ¿Qué es la hidroponía?

El término hidroponía procede de las palabras griegas hydro (agua) y ponos (trabajo),

y literalmente significaría trabajo en el agua. También se le conoce como la agricultura

del futuro ya que forma parte de la agricultura sustentable y alternativa.

La hidroponía es una técnica que permite cultivar plantas sin la necesidad de tener

suelo como sustrato. El éxito de dicha técnica de cultivo, consiste en la incorporación

de los nutrientes que la planta necesita para crecer en el agua de riego, de forma que

la planta se nutre a través del agua con que también se hidrata, esto se logra mediante

soluciones nutritivas. En síntesis, las raíces reciben una solución nutritiva equilibrada

disuelta en agua con todos los elementos químicos esenciales para el desarrollo de la

planta. Se puede dar de manera exitosa tanto en pequeña como a gran escala, pero en

México este tipo de agricultura se utiliza principalmente de manera artesanal y pocos

conocen su función. La hidroponía

surgió por una necesidad debido a

que la mayoría de las aéreas

agrícolas ya no son tan productivas

como algún tiempo lo fueron, ya sea

por la falta de agua, la poca fertilidad

de los suelos, espacio, los cambios

climáticos, por la sobre explotación

de suelos. Por ello es que han

buscado alternativas tecnológicas

que permitan cultivar a cualquier

persona productos de calidad a bajos

costos en pequeños o grandes

espacios y que permita producir

todo el año.

2 fig.: plantación de tomate hidropónico en sustrato de coco en etapa de cosecha.

10

La hidroponía te permite diseñar

estructuras simples y/o complejas

favoreciendo las condiciones

ambientales idóneas para producir

cualquier planta de tipo herbáceo

aprovechando en su totalidad

cualquier área (azoteas jardines,

suelos infértiles, terrenos escabrosos,

etc) sin importar las dimensiones

como el estado físico de estas.

Es una técnica desarrollada a partir

del conocimiento de la planta

proporcionada por una gran cantidad

de investigadores que sacaron conclusiones de sus

propios experimentos. Es por ello que la hidroponía

toma las 3 bases para un buen desarrollo de la planta

los cuales presento a continuación, La tierra de cultivo

tiene tres funciones fundamentales para el desarrollo

de la planta:

1.- Sostener a la planta

2.- Proveer nutrientes

3.- Reserva de humedad

Considerando esto, la hidroponía es la técnica racional

de la sustitución, pues se trata de proveerle a la planta

estas condiciones, pero sin los inconvenientes que la tierra representa (residualidad

de sustancias nocivas, altas concentraciones de microorganismos).

3 fig. : Cultivo hidropónico vertical de lechuga usando tubos de pbc como medio de conducción de agua para alimentar alas plantas.

4 fig: Primer experimento

hidropónico en el cual se

colocaba una planta en un

vaso con un corcho y

solución nutritiva.

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Esta agricultura sin suelo (hidroponía) lamentablemente no ha sido difundida en gran

parte de nuestro país hecho que hace que la gente crea que es muy complicada de

utilizar y que solo personas muy capacitadas con altos grados de conocimientos en

plantas podrían realizarlo, sin embargo en este proyecto te mostraremos que no es

así, por lo contrario es muy práctica y tiene muchas ventajas.

En países de primer nivel especialmente los que cuentan con poco territorio como

Holanda, china, Japón Israel Bélgica y España son los que lideran en el uso de esta

técnica de cultivo debido a sus beneficios ya que los rendimientos obtenidos con

hidroponía superan enormemente a Las producciones llevadas a cabo en tierra. Por

ejemplo, lechugas que se cultivan el suelo en promedio se siembran entre 6 – 8

plantas por metro cuadrado, mientras que mediante el huso de la hidroponía se

pueden llegar a tener hasta 25 – 30 plantas de lechuga por metro cuadrado, esta

relación es parecida a otras verduras como tomate cilantro, repollo, etc.

Teniendo en cuenta que un país con poco territorio para cultivo o con territorios que

no son aptos para la agricultura tradicional constituye un gran avancé ya que les

permite tener cultivos en áreas donde antes no crecería ningún tipo de planta debido

al suelo o las elevadas temperaturas, pero con los recientes avances es posible

controlar el clima en el que crece la planta y tener producción todo el año.

5 fig.: ejemplo de cultivo en suelo y cultivo hidropónico se observa la gran diferencia en la capacidad de producción de esta técnica.

12

2.3 ¿Cómo funciona la hidroponía?

Antes de explicarles cómo funciona deben saber que el uso de la hidropónica, no solo

es para grandes productores, es una alternativa para todo tipo de personas.

La cual básicamente Consiste en cultivar las plantas en recipientes, con sustratos

formados por diversos materiales, como serrín, arena, lana de roca, perlita, arcilla

expandida, piedra molida, etc. También se suele utilizar espuma como sustrato para

que la planta se sostenga y sus raíces absorban el agua. Debe mantenerse este

sustrato siempre húmedo, pero con buen drenaje, incorporando al agua una

combinación de abonos químicos, que ofrezcan a la planta todos los nutrientes que

necesita, y de los que carece al no estar en tierra. Existen varias formas de cultivar

pero todas tienes el mismo principio, usar una solución con nutrientes sobre las raíces

de la planta.

en la imagen se muestra un ejemplo de cómo funciona una técnica hidropónica ala

que se le conoce como técnica de la película de nutrientes (NFT) , en el cual viene un

diagrama de los principales elementos de un cultivo hidropónico NFT , se observa

como el agua con nutrientes pasa sobre las raíces de las plantas , hidratando sus raíces

constante mente para que crezca sanamente, el agua llega a un tanque de captación y

vuelve a regresar a los tubos para pasar de nuevo sobre las raíces, esta actividad

ayuda además ala oxigenación del agua

Contenedor o conductor del agua a las raíces de la planta Agua con

nutrintes

1- El agua se vierte el los tubos.

2- Tubos hacen llegar el agua hasta las raíces de las plantas para que están la

absorban

13

Estos elementos son esenciales para producir cualquier planta en forma hidropónica,

cada uno de estos constituyen la parte fundamental de las técnicas hidropónicas.

Medios de anclaje y sostén hacemos referencia a sustratos o estructuras, las cuales

permitirán hacer fluir o mantener la solución nutritiva por ciertos periodos.

A partir de este principio se desarrollaron técnicas que se apoyan en sustratos

(medios que sostienen a la planta), en sistemas re-circulantes, flotantes y aéreos sin

perder de vistas las necesidades de la planta como temperatura, humedad, agua y

nutrientes. Para hacer eficiente estas técnicas necesitas implementar un fertilizante

para preparar una solución nutritiva que contengan los elementos esenciales para el

desarrollo de la planta

Pero como sabemos en este mundo nada es perfecto, así que también la hidroponía

tiene sus defectos, y cuenta con algunas desventajas que son casi imperceptibles

como el costo inicial el cual resulta elevado, esto se debe a la falta de información y

que no nos permite adoptar la idea de las plantas como un ser vivo, esta deficiencia de

conocimientos a rezagado hasta cierto punto a la hidroponía permitiendo creer a la

gente que solo los agricultores o personas dedicadas al estudio de la plantas lo puede

practicarla, sin embargo esto es una mentira ya que están fácil dejando claro que

cualquier persona lo pude hacer ya sea un ama de casa , un niño o un físico

matemáticos . Otra parte muy importante de la hidroponía es que permite atender las

necesidades alimenticias sin pensar en grandes densidades o mayor número de

plantas, con esto nos referimos a lograr cultivos hidropónicos en casa, en el jardín y

Solución nutritiva.

Medios de anclaje y

sostén.

Técnicas de cultivo

hidropónico Hidroponía

14

la azotea ya sean hortalizas, flores y pequeños arbustos o frutillas con mayor

atención pero funcional permitiéndote crear un huerto urbano permitiéndote crear

una alimentación saludable como una buena forma de terapia ya que ayuda a bajar

los altos niveles de estrés.

A continuación presentamos un cuadro comparativo de los aspectos esenciales a

cuidar cuando se realiza cultivos en suelo, y sin suelo. Mostrándoles las ventajas de

esta sobre el suelo para producir.

Características esenciales.

Sobre suelo. Sin suelo hidroponía

Nutrición de la planta

Es difícil controlar debido a su variabilidad por el medio ambiente

Se tiene estabilidad permitiendo monitorear y corregir

Espaciamiento

Se limita su fertilidad y la densidad de plantación es menor

Altas densidades y mayor aprovechamiento de espacio y luz.

Control de maleza

Se tiene mayor presencia de malezas

Disminuye la población y resultan casi inexistentes

Enfermedades y

patógenos en el suelo

Son propensas a enfermedades producidas por el suelo

No existen patógenos debido a que se sustituyó el suelo

Agua

Tiende a un estrés hídrico debido que aunque le suelo tenga agua no está disponible en su totalidad.

No existe tal estrés ya que las técnicas hidropónicas tienen siempre disponible el agua

15

2.4 Ventajas y desventajas de la hidroponía.

Ventajas

Se puede lograr un balance ideal de aire, agua y nutrientes; ya que se puede tener una

humedad uniforme y controlada de los cultivos mediante la manipulación de los

drenajes. Además es posible corregir fácil y rápidamente la deficiencia o el exceso de

un nutriente, así como también se puede tener un adecuado control del pH del cultivo.

Adicionalmente, se tiene la posibilidad de enriquecer los productos alimenticios con

sustancias como vitaminas o minerales. Es posible cultivar repetidamente la misma

especie de planta y realizar varias cosechas al año. Esto es debido a que no seda el

fenómeno de agotamiento de suelos.

Es posible obtener un gran ahorro en el consumo de agua dado que los drenajes se

pueden controlar. Este ahorro es particularmente grande en los sistemas re

circulantes. Además se logra uniformidad de cultivos y excelentes condiciones para

semilleros. Casi no hay gasto en maquinaria agrícola ya que no se requiere preparar la

tierra para sembrar. En pequeña escala la inversión inicial es baja y la recuperación es

siempre rápida.

6 fig.: los cultivos hidropónicos ofrecen la ventaja de productos limpios, que no desperdician agua durante su crecimiento ya que esta se esta recirculando en el sistema para ser absorbida totalmente por las plantas.

16

Se tiene una reducción de costos de producción a mediano plazo. También se tiene

más alto rendimiento por superficie debido a que permite una mayor densidad de

población. Se obtiene una mayor calidad y un crecimiento más acelerado de las

plantas y mayor limpieza e higiene de los cultivos, debido a un mayor control del

entorno. No es tan sensible a fenómenos meteorológicos si se tiene una adecuada

protección de los mismos; ya sea con sistemas de invernadero, clima controlado o

cobertura de cultivos. Se reduce en gran medida la contaminación del medio ambiente

y los riesgos de erosión. Además de que permite el uso de terrenos no aptos para la

agricultura tradicional.

Desventajas

Se requiere cuidado con los detalles y para

su manejo a escala comercial se necesita de

conocimiento técnico combinado con la

comprensión de los principios de filosofía

vegetal y de química orgánica. Se necesita

conocer y manejar la especie que se cultive

en el sistema. Se requiere de agua

continuamente. A diferencia de los cultivos

en tierra, los cultivos hidropónicos son

extremadamente sensibles a la falta de agua,

incluso por periodos cortos de tiempo. En el

ámbito comercial el gasto inicial es

relativamente alto; esto hace que quien ya

cuenta con dinero invertido en maquinaria y

terrenos para cultivos tradicionales opte por

no hacer el cambio a la hidroponía. No

existe una difusión amplia de lo que es la hidroponía.

7 figura. Inspección de fresas hidropónicas.

17

2.5 Sustratos para la hidroponía y sus características.

¿Qué es un sustrato hidropónico?

Un sustrato es un medio solido e inerte, que protege y da soporte ala planta para el

desarrollo de la raíz en las hortalizas y flores, permitiendo que la solución nutritiva se

encuentre disponible para su desarrollo.

¿Qué características debe tener un buen sustrato?

Desde los inicios de la hidroponía los sustratos eran considerados como un material

de gran importancia, ya que estos debían de reunir una serie de características que

fuesen favorables para nuestro cultivo. Sin embargo, no

siempre un sustrato reúne todas las características

deseables, es por ello que se recurre a realizar mezclas de

los mismos, buscando que unos aporten lo que les falta a

otros, a continuación enlistaremos algunas de las

propiedades generales que debe de reunir un buen

sustrato.

-retención de humedad

La retención de humedad por el sustrato, determina la

posibilidad de que la planta tenga disponibles los

nutrientes para que esta pueda realizar sus procesos

metabólicos (fotosíntesis, traspiración, respiración y

procesos reproductivos). Para que esta retención de humedad se encuentre disponible

va a depender mucho de su granulometría (tamaño de las partículas) y porosidad

(espacio que hay entre las partículas). Mientras más elevada sea la capacidad de

retención de agua del sustrato, menos frecuentes serán los riegos. La fibra de coco

como sustrato promueve el buen anclaje de las raíces, además propicia la aireación y

retiene la cantidad necesaria de agua.

8 figura: ejemplos de sustratos más usado en hidroponía.

9 figura: piedra porosa con buena aireación.

18

-La capilaridad

Esta propiedad consiste en que el sustrato tenga la capacidad de absorber y distribuir

en todas las direcciones la solución nutritiva a través de los microporos. Es esencial

cuando se utiliza un sistema de riego por goteo, en el cual se necesita que el agua se

distribuya horizontalmente a partir del punto de goteo.

Cuando el sustrato no tiene capilaridad, la solución nutritiva se mueve verticalmente a

través del perfil del mismo, llegando rápidamente al drenaje y dejando zonas secas en

las cuales no se puede desarrollar las raíces haciendo que la planta no se desarrolle

bien o no crezca adecuadamente. Cuando el sustrato tiene una buena capilaridad, el

agua es absorbida en todas direcciones, haciendo que las raíces de las plantas

encuentren una humedad homogénea en todo el recipiente

-Capacidad de aireación en la raíz

El nivel de capacidad de aireación óptimo varía entre un

20% y un 30%, esto se define como la proporción del

volumen de oxígeno que se encuentra disponible en el

sustrato, después de que éste se haya saturado de agua y

haya terminado de drenar. Durante todo este proceso la

raíz de nuestra planta debe tener una respiración adecuada

y por ello es importante elegir un sustrato con estructura

estable, muy poroso y la aireación complementaria de la solución, ya que de esta

forma evitaremos el peligro de la falta de oxígeno en la zona radicular (raíces); por lo

antes mencionado se considera que los sustratos utilizados en hidroponía

proporcionan mayor oxigenación en comparativa a la obtenida en suelos naturales.

-Estabilidad física

La compactación y descomposición del sustrato puede causar una reducción en el

espacio poroso y en la capacidad de aireación a lo largo del cultivo. Es por ello que la

estabilidad de las propiedades físicas son de vital importancia en cultivos de larga

duración. Los sustratos más inadecuados son aquellos que se desmoronan fácilmente

con la acción del agua.

10 figura: un buen sustrato permite la oxigenación de las raíces

19

-Liviano

El peso del sustrato determina la resistencia del montaje hidropónico, es

recomendable que este sea liviano para poder tener un fácil manejo, algunos de los

sustratos más livianos utilizados en la hidroponia son: perlita, vermiculita, lana de

roca, fibra de coco.

-Buen drenaje

Todo tipo de recipiente y de sustrato que se estén utilizando, deberá permitir un buen

drenaje. Cuando una planta hidropónica requiere una mayor cantidad de solución

nutritiva o agua, debemos aplicar mayor cantidad de riegos, pero nunca debemos de

inundar el sustrato, ya que esto va contra la disponibilidad del oxígeno.

-Químicamente inerte

significa que No debe suministrar ningún elemento que pueda representar una

alteración en la solución nutritiva.

-Biológicamente inerte

El sustrato hidropónico debe ser a diferencia del suelo, un medio carente de actividad

biológica; en este sentido, cualquier presencia de microorganismos o insectos tendría

un carácter contraproducente ya que puede causar daños, infecciones o enfermedades

a nuestros cultivos.

-Disponibilidad

Esta es una condición lógica, pero a veces no se toma en cuenta. Al seleccionar el

sustrato debemos de cerciorarnos que este disponible en el medio.

-Bajo costo

Generalmente este factor determina, incluso antes que otras condiciones, el sustrato a

utilizar por eso es recomendable que hagas una cotización sin sacrificar la calidad de

tu producto.

20

2.5.1 Tipos de sustratos.

En nuestro país existen una serie de sustratos que

pueden ser empleados para el desarrollo

de cultivos hidropónicos, estos se utilizan solos o

en mezclas, en busca de obtener las mejores

condiciones para el desarrollo de las plantas y

asimilación de solución. En términos generales los

sustratos se pueden clasificar en tres grupos:

Sustratos Inorgánicos.

En este grupo se incluyen los sustratos que tengan

partículas mayores a 2 mm de diámetro. Enseguida te mencionaremos aquellos que

puedes utilizar, así como una breve descripción.

-Piedra pómez.

Es un material disponible en nuestro país, su origen es

volcánico. Posee una retención de agua de un 38%, posee

una buena estabilidad física y durabilidad, desde el punto

de vista biológico es completamente libre de

microorganismos.

-Grava.

La grava son pequeñas partículas que se obtienen de

materiales procedentes de depósitos naturales o canteras

que son triturados, las que miden alrededor de 1 a 2 mm

de diámetro son las que se utilizan en la hidroponía. La

grava proporciona una excelente aireación; sin embargo

la retención de humedad es muy escasa de un 17%

aproximadamente.

11 figura: ejemplos de sustratos usados en hidroponía.

21

-Roca volcánica o tezontle.

Es un material rojizo, de origen volcánico, es ligero y con

una apariencia esponjosa. En nuestro país se utiliza con

gran éxito, sin embargo posee partículas muy pequeñas

las cuales tienen que ser eliminadas mediante lavados

para evitar que se encharque nuestro cultivo. La

capacidad de retención de agua es de un 49%. El tamaño

recomendado debe encontrarse entre 5 y 15 mm.

-Arena de río

Este material heterogéneo cuenta con una capacidad de

retención de agua del 56% y para que sea utilizado en

hidroponia se recomienda adquirir arena de 0.5 - 2 mm.

-Perlita.

La perlita es básicamente un silicato de aluminio de

origen volcánico, de color blanco a grisáceo, tiene una

baja densidad con buenas propiedades; en cuanto a

retención de humedad tiene un 63%. Algunas de las

grandes ventajas como sustrato es la capacidad que

presenta para mantener la humedad constante a lo largo

de la zona radicular, así mismo tiene una excelente capacidad de aireación gracias a su

porosidad.

-Vermiculita.

La vermiculita es un silicato de aluminio con una

estructura laminar, tiene una capacidad de expansión de

hasta 12 veces su volumen. En México existen

yacimientos en el estado de Chihuahua. Se utiliza y es

recomendable para lugares de clima cálido debido a que

tiene una capacidad de retención de humedad del 68%.

22

-Arcillas expandidas.

Las arcillas expandidas son de gran utilidad para el

cultivo de orquídeas, una de las principales

características es que presenta un pH neutro, tiene una

buena capacidad de drenaje libre y proporciona una

buena aireación.

-Lana de roca.

La lana roca se obtiene de pequeñas fibras hechas de

roca, tiene la capacidad de retener humedad de hasta

un 78% y muy ligero permitiendo que la raíz tenga un

buen desarrollo.

Sustratos Orgánicos

Estos grupos regularmente son productos de desecho de alguna actividad

agropecuaria o industrial, así como de productos importados de otros países, en

seguida te mencionaremos algunos de importancia para la hidroponía.

-Aserrín

El aserrín abunda y es muy barato en algunas regiones

de México por ejemplo en Chihuahua y Durango, sobre

todo aserrín de pino. Dado el desconocimiento de que

se tiene de la procedencia no es muy utilizado. Sin

embargo este sustrato tiene una retención de humedad

de un 54% lo que es ideal para climas templados y secos. No todos los aserrines

ofrecen buenas condiciones para el cultivo hidropónico, solo si éste fue sometido a un

proceso de eliminación de las sustancias tóxicas.

23

-Fibra de coco.

La Fibra de coco se encuentra dentro de los residuos

agroindustriales de origen tropical, se genera después

de que el fruto del cocotero ha sido procesado con fin

de obtener las fibras más larga. Esta fibra de coco es

empleada en hidroponia la cual tiene una alta relación

de carbono/nitrógeno, esto permite que se mantenga

químicamente estable. La retención de humedad que tiene es muy buena con un 57%.

-Cascarilla de arroz.

La cascarilla de arroz se utiliza fundamentalmente con

grava, ya que este es muy liviano y su capacidad de

retención de humedad es baja, con un 40%, ya

mezclado.

-Cascarilla de café.

Es un sustrato de baja capacidad de retención de

humedad, es bueno para oxigenar sustratos; pero es de

muy corta vida, pues se descompone en pocos días.

-Peat moss.

El peat moss es un material importado a nuestro país

procedente por lo general de Canadá, posee

características similares a las de fibra de coco, no

requiere de ningún proceso, es muy utilizado para la

germinación y desarrollo por sus características con

una excelente retención de humedad (70%).

24

Sustratos Sintéticos

-Geles.

Se han producido, probado y promovido un determinado

número de polímeros de geles, pero la mayoría ha

desparecido del mercado ya que muchos productores no

lo aceptaron.

-Espuma sintética.

A) Espuma de polietileno. Se utiliza como material de

relleno, para oxigenar y disminuir el peso de los

sustratos.

C) Espuma de poliuretano.

Se emplea en la confección de semilleros y es mezclado

con otros sustratos livianos.

D) El Foamy Agrícola

es una espuma fenólica, utilizada en la hidroponía,

actuando como medio físico para dar soporte a la planta,

logra un balance ideal de agua y aire y al ser de lenta

descomposición no necesita reponerse en el cultivo por

más de seis años.

25

2.6 Técnicas hidropónicas. En la hidroponía existen diferentes formas de cultivo, de las cuales Nosotros debemos

de seleccionar la técnica hidropónica adecuada para sustituir al suelo atendiendo la

forma, tamaño y desarrollo de la planta sin perder de vista los procesos fisiológicos

de esta conforme al diseño para su producción, a continuación conoceremos las

técnicas hidropónicas y explicaremos en qué consisten.

2.6.1 La hidroponía utilizando las técnicas de sustratos.

La técnica de sustratos consiste en medios que ancle la raíz y den sostén a la planta

manteniendo la humedad, drenaje, aireación y facilidad de absorción de nutrientes en

este último lo que nos interesa es que la planta pueda tomar los nutrientes sin ningún

problema para su desarrollo.

Antes que nada quiero recordarles que como vimos anteriormente un sustrato es un

medio para generar el sostén de la planta como anclaje de la raíz no necesariamente

inerte esto dependerá del clima de la zona o las necesidades de cada persona.

muchos de los métodos hidropónicos actuales emplean algún tipo de medio como

grava arenas o piedras pómez, aserrines, arcillas expansivas, carbones, cascarilla de

12 figura: técnicas que utiliza la hidroponía, cada una es escogida según, tipo de planta y de su conveniencia..

26

arroz, etc. a los cuales se les llama sustratos a los cuales se les añade una formula

nutritiva disuelta en agua (solución nutritiva) que contiene todos los elementos

esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Existen varias formas de

cultivo en sustrato, variando principalmente del tipo de suelo en donde se colocan las

plantas. Esta técnica es la más utilizada ya que se pude usar cualquier material de tipo

orgánico e inorgánico siempre y cuando no afecta a la solución nutritiva o genere

problemas con esta.

13 figura. Pepino y tomate hidropónico, cultivado sobre sustrato, con riego por goteo.

14 figura: cultivo hidropónico de chile habanero utilizando sustrato orgánico de fibra de coco.

27

2.6.2 Sistemas de cultivo en solución.

El principal medio de cultivo como su nombre lo indica es la solución nutritiva,

utilizándose principalmente para la producción de hortalizas tales como lechuga, col,

acelga, berros, perejil, apio y para hierbas aromáticas como la mejorana, albahaca,

hierbabuena, y menta. Ha sido probado con fresas, pepinos y tomates, presenta

algunas dificultades con esta última hortaliza debido al peso de sus frutos, resultando

impráctico en algunos casos. Al igual que el sistema de cultivo en sustrato, dependen

de los recipientes en donde se coloca la solución nutritiva y si se recircula o no.

Algunos de estos sistemas utilizados se enuncian a continuación.

2.6.3 Raíz flotante (técnica estacionaria)

Otra variante de la hidroponía es la técnica de raíz flotante en la cual las raíces de las

plantas se encuentran sumergidas total o parcialmente en la solución de agua y

sustancias nutritivas. En esta técnica se necesita de algún medio que soporte la

planta sobre el agua para que la misma no se hunda. Los soportes más utilizados son

las tuberías con agujeros pero también se utilizan sistemas de flotación con láminas

de estereofón, también con agujeros para las plantas. En ambos casos lo más común

es el uso de pequeñas canastas en donde se colocan las plantas; aunque también se

15 figura. Raíz flotantes, las plantas están sobre una plancha de duroport (esterofon) insertadas en

agujeros y flotan sobre la solución con nutrientes.

28

pueden utilizar trozos de esponja con agujeros para sujetar a Las plantas del punto en

el cual su tallo se une con su raíz y se utiliza una bomba que oxigene el estanque.

2.6.4 Técnica laminar nutritiva (NFT) En la técnica laminar nutritiva (Nutrient Film Technique, NFT), la solución está en

recirculación constantemente formándose una película delgada de nutrientes de 3 a 5

milímetros con la finalidad de que las raíces se puedan oxigenar. Existen varios tipos

de medio de cultivo, algunos utilizan camas o albercas como en el sistema de raíz

flotante, pero con la recirculación de la solución nutritiva o en canales rectangulares o

cilíndricos.

Este sistema se usa por lo regular en tubos de PVC, por su fácil implementación y

circulación de la solución, variando el diámetro de los tubos según la densidad de las

plantas colocadas en ellos, así como también por el tamaño de las raíces de las plantas

a cultivar para obtener una buena circulación de la solución. Un sistema hidropónico

tipo NFT en canales de PVC se muestra en la figura [10].

.

En el caso de producción de órganos subterráneos de almacenamiento como

zanahorias, rábanos, betabel, papas, cebollas... resulta indispensable que el desarrollo

se realice bajo la técnica de siembra directa para controlar la humedad en el sustrato,

ya que este tipo de plantas son muy susceptibles al exceso de agua ocasionando

pudrición y muerte, por lo antes mencionado es que no se recomienda cultivar estas

plantas en sistemas como NFT y Raíz flotante.

16 figura. Ejemplo de sistema NFT, usando tuberías para transportar el agua hacia las raíces de las plantas.

29

2.6.5 Técnicas aéreas

Aeroponía. Una última variante de la hidroponía recibe el nombre de aeroponía. Esta técnica

consiste en el cultivo de plantas cuyas raíces se mantienen suspendidas en el aire y

que periódicamente reciben “baños” o “rocío” de agua con sustancias nutritivas.

La aeroponía es un sistema de cultivo en el que las raíces de la planta están

suspendidas en el aire y constantemente pulverizadas con una nube de solución

nutriente. No se usa ningún medio de cultivo, aparte de un cubo de propagación si las

plantas se empezaron de semilla. Las raíces de la planta crecen en una cámara o canal

donde están alimentadas por aspersores o pulverizadores que distribuyen la solución

nutriente, gracias a una bomba de agua. La aeroponía puede usarse para cultivar las

plantas durante todo el ciclo y también da excelentes resultados cuando se usa para

enraizar esquejes. Las plantas cultivadas en aeroponía tienen acceso constante a

oxígeno y solución nutriente; absorbiendo mucha más agua y nutrientes que las

plantas regadas a mano. Cuanto más oxígeno, agua y nutrientes absorbe una planta,

mayores son las cosechas que produce.

17 figura: cultivos de lechugas aeroponícas en forma vertical, de igual forma se ala derecha se observa la técnica aplicada a cultivos de papas.

fo

30

2.6.6 Técnica para forraje verde hidropónico.

El Forraje verde hidropónico (FVH) es una manera de producir intensivamente forraje

fresco para animales de trabajo ó engorda (ya sean vacas, caballos, cerdos, borregos,

conejos, cuyos, gallinas, etc.), que maximiza el aprovechamiento de espacio y de

recursos. En este tipo de técnica consiste en el diseño de una pequeña infraestructura

en la cual se hace una germinación directa utilizando charolas y nebulizaciones hasta

obtener plantas completas en un periodo 10 -15 días que dando disponible para la

alimentación de ganado (bovino, ovino, caprino, porcino, cunícola y avícola). Para la

producción de forraje verde hidropónico no se utiliza ningún sustrato, solamente

semilla forrajera y una solución nutritiva adecuada para la producción del forraje y

agua. Existen diferentes técnicas para llevar a cabo la producción de forraje verde; sin

embargo, en todas existen factores en común que resultan fundamentales para llegar a

obtener un forraje de alto grado alimenticio para la especie animal que se esté

destinando, como son la humedad, temperatura, aireación y luminosidad, así como las

medidas fitosanitarias al inicio y durante la producción para mantener el forraje libre

de hongos. Algunas de las ventajas del forraje verde hidropónico son el suministro

constante durante todos los días del año, se evitan alteraciones digestivas, menor

incidencia de enfermedades, aumento de fertilidad y aumento de la producción de

leche.

18 figura: cultivo de forraje, utilizando maíz.

31

2.7 Composición y Nutrición de las plantas hidropónicas.

Para desarrollar una sólida comprensión de la hidroponía, primero tenemos que

revisar la composición orgánica de las plantas. La molécula es el conjunto más

pequeño de átomos de reconocibles que pueden ser identificados por ser un elemento

específico. Los elementos comunes son: hidrógeno – oxígeno – Oro – Plata etc. Toda la

materia orgánica en la Tierra se compone de al menos cuatro elementos básicos. De

hecho, la calificación científica para el etiquetado de la materia orgánica es que debe

estar compuesto de los siguientes elementos; carbono, hidrógeno, oxígeno y

nitrógeno. Más del 90% de peso en seco de una planta se compone de estos cuatro

elementos orgánicos. La mayoría de los elementos existen de forma compuesta en la

naturaleza, ya que son químicamente inestables cuando son de forma pura, así que

reaccionan con otros elementos hasta estabilizarse en compuestos. Este es un tema

importante al momento de elegir los alimentos que se utilizan con el sistema

hidropónico – tenga esto en cuenta al leer acerca de un solo nutriente parte que

contiene “todo” -, si este fuera el caso, el nutriente sería convertido en inútil en un

corto periodo de tiempo como las sales elementales se combinan rápidamente en

compuestos que sus plantas simplemente no pueden absorber. El compuesto H2O

(agua), está hecho de dos partes de hidrógeno y una de oxígeno. El H20 se forma

cuando el hidrógeno, un gas inestable, se quema o se oxida (combinado con oxígeno).

Puesto que C, H, y O están fácilmente disponibles, tanto en el aire y el agua, las plantas

poseen la capacidad de extraer estos elementos por cualquiera y utilizarlos para crear

alimentos. La luz proporciona la energía para que esto sea posible.

19 figura. Composición en porcentajes de la atmosfera terrestre.

20 figura. La falta de algunos elementos en el desarrollo de los vegetales produce, ulceras.

32

(C) Carbón: Se produce en las paredes celulares, azúcares fabricados por la clorofila,

así como la propia clorofila. El Carbono constituye aproximadamente el 50% del peso

seco de la planta.

(H) Hidrógeno: Importante en el intercambio catiónico de nutrientes (la reacción

química que hace que las raíces absorban los nutrientes) y en las relaciones suelo-

planta. El hidrógeno también es esencial para la formación de azúcares y almidones y

se obtiene fácilmente a partir de agua. El agua también mantiene la estructura de las

plantas rígida a través de lo que se conoce como presión de turgencia, cuando una

planta carece de agua comenzará a bajar la presión de turgencia y se marchitan.

(O) Oxígeno: Requerido para formar azúcares, almidones y celulosa. El oxígeno es

esencial para que se produzca el proceso de la respiración que proporciona a las

plantas la energía que utilizan para crecer.

(N) Nitrógeno: Necesario para la formación de aminoácidos, coenzimas y clorofila.

Estos son los 4 elementos básicos presentes en una planta, los demás elementos que

componen una planta se denomina como macronutrientes y micronutrientes, esto

debido a la cantidad que necesita la planta.

Macro nutrientes

Macro nutrientes son absorbidos en grandes cantidades, una vez ingeridos tienen los

siguientes objetivos:

(N) Nitrógeno: Necesario para la formación de aminoácidos, coenzimas y clorofila.

(P) Fósforo: Azúcar, fosfato y ATP (energía) la producción de flores y el crecimiento de

la producción de la fruta y de la raíz.

(K) Potasio: La síntesis de proteínas requiere niveles altos de potasio. La fortaleza, el

crecimiento de la raíz, y la fabricación de azúcar y almidón también requieren potasio.

33

Micronutrientes

Los micronutrientes absorbidos en pequeñas cantidades sirven para estos fines:

(B) Boro: Necesario para la formación de las paredes celulares cuando se combina

con el calcio.

(Ca) Calcio: Necesario para la formación de la pared celular.

(Cu) Cobre: Activa las enzimas necesarias para la fotosíntesis y la respiración.

(Fe) Hierro: Formación de clorofila y respiración de los azúcares para proporcionar

energía de crecimiento.

(Mg) Magnesio: Producción de la clorofila, la fabricación de enzimas.

(Mn) Manganeso: Un catalizador en el proceso de crecimiento, la formación de

oxígeno en la fotosíntesis.

(Mo) Molibdeno: Metabolismo del nitrógeno y fijación.

(S) Azufre: La síntesis de proteínas, la absorción de agua, la fructificación y la

siembra, fungicida natural.

(Zn) Zinc: Formación de clorofila, la respiración y el metabolismo del nitrógeno.

La mayoría de los nutrientes se enumeran en cantidades de NPK representados en

porcentajes. Por ejemplo, una solución 10-10-10 contendría 10% de nitrógeno 10%

de fósforo y potasio al 10% en peso. esta concentración asciende a sólo el 30% – esto

es debido a que el porcentaje restante por lo general consiste en un relleno de

materiales de quelación usados para ayudar al proceso de nutrición. Utilice sólo los

nutrientes específicos para cultivos hidropónicos, porque las fórmulas convencionales

preparadas para las plantas que crecen en suelos no contienen los equilibrios

adecuados.

34

2.8 Elementos a considerar para realizar un cultivo hidropónico.

A continuación, describiremos los elementos a considerar para poder iniciar un

cultivo hidropónico casero, de manera fácil, Primero debe saber que el uso de la

hidroponía, no solo es para grandes productores, es una alternativa para todo tipo de

personas. Puede ser utilizada como una actividad recreativa en:

La escuela: Enseñando a los niños a elaborar los alimentos desde la semilla,

para fomentarles el consumo de alimentos saludables.

En el Hogar: Que familias se de diquen al cultivo ya sea para obtener ingresos

económicos o puedan ser utilizadas para autoconsumo.

1. Delimitación. Para comenzar su huerta hidropónica no es necesario tener un sitio

grande, pero debe primero saber con qué espacio cuenta: terrazas, patios, techos,

balcones, pequeños espacios domésticos o en pequeños lotes urbanos difíciles de

cultivar por sistemas tradicionales. En nuestro caso escogimos la parte trasera de

nuestra casa para construir un sistema de cultivo hidropónico.

2. Las Semillas. Del tipo de cultivo que vayas a sembrar. Se recomienda escoger un

tipo de cultivo a la vez hasta que logre dominarlo por completo. La elección de la

planta determina en gran medida el posible éxito o fracaso de un cultivo hidropónico

ya que se debe escoger una especie que se desarrolle correctamente en el ambiente

que se tiene disponible. No es viable cultivar tomate a una altura de 3000 metros y

tampoco lo es cultivar lechuga cuando la temperatura media es de 28°C. Hay que

conocer las condiciones en las que se va a cultivar y escoger plantas que sean

adecuadas para dichas circunstancias.

3. Sustrato. Elegir un buen sustrato algunos de los mencionados anteriormente. Un

sustrato es un lugar que sirve de soporte a una planta, pero que a diferencia de la

tierra, no aporta ningún elemento a la nutrición de la planta (material inerte).

4. Semilleros. La semilla seleccionada se mantendrá en semilleros con una mezcla

homogénea con sustrato. Se debe regar cada 3 días dependiendo la humedad que se

35

vea y mantener el semillero en un lugar iluminado pero no directamente a la luz. (En

zonas muy cálidas los riegos son diarios).

5. Determinar el sistema de cultivo. En este paso requiere determinar qué sistema

de cultivo hidropónico se va a utilizar. Este paso está muy ligado a la viabilidad

económica del proyecto y a la especie de planta escogida ya que diferentes tipos de

planta en diferentes climas requieren de distintos sistemas. Los materiales requeridos

para construir un sistema también lo pueden hacer muy costoso y poco viable así sea

la mejor opción desde un punto de vista técnico. En resumen escoger el mejor sistema,

más barato posible es la mejor opción a la hora de determinar el sistema de cultivo

hidropónico.

6. Solución Nutritiva. Es la parte más importante de la hidroponía, ya que ésta

solución determina la cantidad y la calidad de los nutrientes como macro y micro bajo

los cuales se van a nutrir nuestras plantas. Una vez se ha diseñado el sistema que se va

a utilizar y se ha escogido la planta que será cultivada se debe planear un régimen

nutritivo que tenga en cuenta las diferentes etapas de crecimiento y las características

de asimilación de nutrientes de la planta que se quiere cultivar. No es lo mismo

cultivar una planta como la lechuga – que no da frutos – a cultivar una planta como el

tomate cuyo objetivo es producir frutos en la mayor cantidad y con la mayor calidad

posible.

7. Trasplante. A los 28 días (aproximadamente), se hace cuando la planta sea capaz

de sostener el sustrato sin desprenderse de la raíz, debe de tener una altura entre 10 y

12 cm y de 2 a 6 hojas verdaderas. Humedezca todas plantas del semillero y golpee

ligeramente las dos partes laterales del semillero para que se afloje el sustrato. Retire

del semillero tomando la plántula desde la base para evitar romper raíz. Si se le

dificulta, puede introducir un palito en los orificios que se encuentran en la parte baja

de la charola, para una mejor expulsión de la planta. El trasplante se hace al atardecer

para evitar exceso de calor. Se sumergen las plantas en un vaso con agua y se sacuden

suavemente de modo que desprendan todo el sustrato sin lastimar las raíces. En caso

36

de trasplantar a sustrato, se pasan directamente. Finalmente las plantas se pasan a las

charolas hidropónicas. Para darles vida hasta su cosecha.

8. Sistema de Riego. Es el mecanismo bajo el cual vamos a suministrar a nuestra

planta la solución nutritiva. Éste se puede realizar automatizado o manual. Existen en

el mercado diferentes clases de sistemas de riego automatizado; los cuales se enfocan

principalmente a la hortaliza que se está sembrando y a la forma física en que se está

acomodando el cultivo.

9. Ambiente. Es el medio donde vamos a mantener a nuestro cultivo., En muchos

casos este puede ser controlado mediante un invernadero, pero también se puede

cultivar al aire libre, como puede ser en una azotea o en un patio, procurando sembrar

las hortalizas en la estación del año adecuada.

10. Control natural de plagas. Un aspecto muy importante de la hidroponía y de

cualquier tipo de cultivo, es el uso de herramientas naturales para controlar las plagas

e infecciones en nuestro cultivo.

11. Realizar una prueba a pequeña escala. Lo más importante a la hora de empezar

un cultivo hidropónico comercial o un cultivo hidropónico de tamaño importante es

realizar un estudio piloto a pequeña escala para ver si las propuestas hechas en los

pasos anteriores si son en realidad viables bajo las condiciones ambientales

propuestas. Muchas veces la experiencia en distintos climas, terrenos o países no es

directamente transferible a las condiciones en las que se desea realizar el cultivo y

asumir que esto se puede hacer antes de tener resultados a pequeña escala es un

grave error.

12. Corregir los problemas de la pequeña escala y ampliar en factores de 11. Una

vez se realiza una prueba a pequeña escala se vuelve mucho más fácil el ver los

errores que existen en la práctica. Después de haberse corregido los errores se puede

entonces proceder a ampliar el cultivo al doble de su tamaño repitiendo el proceso

para poder abordar los distintos problemas que vayan surgiendo mientras se va

ampliando la escala de aplicación.

37

2.9 Factores de mayor importancia dentro de un cultivo hidropónico.

Cantidad de Nutrientes.

la hidroponía facilita el balance de los nutrientes que recibe la planta para hacer

eficiente estas técnicas necesitas implementar un fertilizante para preparar una

solución nutritiva que contengan los elementos esenciales para el desarrollo de la

planta, es por ello que cuando se pretenda realizar un cultivo de este tipo se realice

primero un ensayo para observar cómo se desarrollan con determinadas cantidades

de fertilizante, para posteriormente ajustarlos a valores óptimos; sin embargo, esto

también significa que un inadecuado manejo de la dosificación de los nutrientes que

se agregan a la disolución nutritiva, puede conducir a un desbalance negativo para el

desarrollo de los cultivos.

Existen muy diversos tipos y valores de concentraciones de las disoluciones

nutritivas que se utilizan en los cultivos hidropónicos y no existe una formula única

que funcione en todos los cultivos por igual.

Muchos ingenieros agrónomos y biólogos se dedican a estudiar el desarrollo de los

Cultivos y basados en esos estudios, mejorar dichas formulas nutritivas; sin embargo,

cada cual tiene su opinión y criterio personal respecto a cuál es la combinación óptima

para cada producto. Con respecto a la huerta hidropónica utilizada en este trabajo, la

combinación y concentración de nutrientes es una formula común que se puede

adquirir en viveros, la misma es mostrada en la siguiente Tabla.

21 fig. Fórmula para elaboración de fertilizante hidropónico, cada persona puede variar las cantidades al experimentar y ver que cantidad le ofrece mejores rendimientos.

38

Aunque a lo largo del tiempo sean ido perfeccionado fórmulas que han sido probadas

para ciertos cultivos y que son recomendadas para determinados cultivos de plantas ,

ya que las plantas que no dan frutos no requieren tantos elementos o concentraciones

de ellos a continuación muestro algunas recetas mas populares desarrolladas en

institutos del fomentó ala agricultura hidropónica.

Un ejemplo es la fórmula de Bechhart y Connors, desarrollada en la Estación

Experimental Agrícola de New Jersey que utiliza:

Sulfato de Amonio SO4(NH4)2 30 gramos

Fosfato de Potasio monobásico KH2PO4 57 gramos

Sulfato de Magnesio MgSO4+7H2O 114 gramos

Nitrato de Calcio Ca(NO3)2+H2O 486 gramos

Esta fórmula se disuelve directamente en 200 litros de agua. Se puede ocupar para

cultivar apio, cebolla, berenjena, rábano, pimiento, tomate, entre otros vegetales.

Otro ejemplo es la fórmula desarrollada en el Colegio de Agricultura Universidad de

California:

Nitrato de Calcio Ca(NO3)2+H2O 90 gramos

Nitrato de Potasio KNO3 90 gramos

Fosfato ácido de amonio 20 gramos

Sulfato de Magnesio MgSO4+7H2O 30 gramos

Esta fórmula es disuelta directamente en 200 litros de agua. Se utiliza normalmente

en cultivos florales como; rosas, crisantemos, claveles y geranios.

39

Oxigenación del agua

El flujo de oxígeno a nivel de las raíces es crítico para el desarrollo de las plantas; por

este motivo es que en los cultivos clásicos en tierra es recomendable la existencia de

lombrices que oxigenen el suelo, así como el adecuado levantamiento y volteo del

suelo antes de la siembra. En el caso de la hidroponía esto continúa siendo válido, y se

requiere de un flujo de aire que oxigene las raíces. En el caso de la aeroponía es

evidente que esto no es un problema; sin embargo, en el caso de la hidroponía

propiamente dicha es un factor crítico a tomar en cuenta.

Para los cultivos con sustrato sólido es importante que dichos sustratos permitan el

flujo de aire entre las raíces de las plantas; esto se logra al utilizar trozos de sustrato

de un tamaño que no sea extremadamente pequeño de forma que no se bloqueen las

porosidades en las que el aire puede circular.

En el caso de los sistemas de raíz flotante la oxigenación es aún más difícil de

asegurar y controlar. En esta variante de la hidroponía, lo más común es el uso de

sistemas de burbujeo o bien la recirculación o sustitución del agua de cultivo.

Temperatura del agua La temperatura del agua es un factor importante a considerar para el desarrollo

adecuado de las plantas. Si dicha temperatura baja, se empiezan a precipitar algunas

sales que forman la solución nutritiva haciendo que la concentración se vea afectada y

se perjudique la absorción de nutrientes.

En el caso de temperaturas altas, las raíces de las plantas se empiezan a tornar

amarillentas y de apariencia marchita. En dicho caso, la absorción de nutrientes

también se ve afectada y la planta se enferma. El caso de las bajas temperaturas no

constituye un problema del cual preocuparse en todo el año en la mayor parte del

territorio de Veracruz ya que estas temperaturas no son constantes y solo se

registran en determinados meses del año excepto por el calor el cual predomina la

mayor parte del año y las temperaturas altas si son fáciles de alcanzar debido a la

abundante radiación solar que se recibe durante un día despejado.

40

Las altas temperaturas son evitables por métodos como: proveer a la huerta de algo

de sombra (con moderación para no afectar el desarrollo de las plantas), usar

recipientes con aislamiento térmico para contener el agua de cultivo y recircular el

agua de forma que la misma se pueda airear y enfriar. En este último caso también se

recomienda que si se tiene depósito de agua para bombeo, el mismo se encuentre en

un sitio fresco y protegido Del sol, como podría ser dentro de un agujero en la tierra.

Cantidad de agua y recirculación

En un cultivo hidropónico es muy importante saber que se debe mantener una

humedad adecuada en las raíces para un sano crecimiento de las plantas. Esto se logra

mediante el riego periódico en el caso de cultivos en sustrato sólido y manteniendo un

nivel mínimo de agua en el caso de la hidroponía de raíz flotante, es decir que no haya

demasiado líquido, pero que si haya un flujo pequeño. Para este último tipo de cultivo,

la recirculación del agua surge como una excelente alternativa para el ahorro de la

misma y para asegurar los niveles mínimos de ella en el sistema.

Aunque la recirculación del agua de cultivo no es un factor crítico pero se, si puede

utilizarse como una herramienta para el control de factores críticos. Por ejemplo,

constituye una opción muy adecuada para asegurar la oxigenación de las raíces de las

plantas y evitar el incremento de la temperatura del agua. Otro de los beneficios de la

recirculación es que propicia un crecimiento aún más acelerado de las plantas al estar

continuamente renovando el agua en la que se encuentran las raíces.

Por otra parte, también contribuye a evitar la precipitación de las sales disueltas en el

agua y ayuda a mantener una concentración de nutrientes uniforme en todo el

sistema.

Finalmente, la recirculación retarda la formación de limo que prefiere mayormente el

agua estancada, así como también evita la aparición de espuma o nata que es común

en el agua estancada.

41

3 SELECCIÓN DE UNA TÉCNICA DE CULTIVO HIDROPÓNICA PARA SU

IMPLEMENTACIÓN.

En esta parte de la investigación explicaremos el tipo de técnica que escogimos,

teniendo ya definida la técnica procederemos a diseñar la estructura que sostendrá el

cultivo y posteriormente construiremos el cultivo en base a el diseño que se plateo,

se definirán las características de nuestro sistema, partiendo de la selección de una

hortaliza la cual se cultivara usando la técnica seleccionada, teniendo presente que el

objetivo de nuestro proyectos es diseñar e implementar un sistema de automatización

para los principales procesos de un cultivo hidropónico, de tal forma que teniendo la

estructura del cultivo hidropónico adaptaremos a este la automatización de sus

procesos, pero para ello es necesario primero tener ya construido, el sistema

hidropónico con el cual vamos a trabajar en su automatización.

Anteriormente mostramos las técnicas más utilizadas en la hidroponía así como

también conocimos sus características principales y como funcionaban, teniendo

conocimiento de cada una de ellas elegimos la de Técnica laminar nutritiva (NFT),

este tipo de técnica consiste en hacer pasar la solución en las raíces de las plantas

utilizando tuberías como conductores hacia las raíces de las plantas. la razón por la

cual elegimos este tipo de cultivo fue porque se nos facilitaba su mantenimiento, su

construcción, debido al tiempo que teníamos para entregar el proyecto el cual es corto

, así también por la versatilidad del diseño y adaptabilidad a nuestros intereses en

torno al proceso de automatización de sus principales procesos.

22 figura: cultivo con técnica NFT (técnica de la película de nutrientes)

42

3.1 Experimentación con la técnica de cultivo NFT Antes de diseñar e implementar un sistema nos dimos a la tarea de realizar una serie

de pruebas con plantas comunes de jardinería para observar su comportamiento y

crecimiento dentro de tubos de PVC.

Para ello utilizamos tubos lo cuales fueron perforados y rellenados con un sustrato,

que consistía en arena y palizada, los tubos fueron sellados de las orillas para evitar

que el relleno del sustrato se saliera cuando metiéramos agua al sistema, después de

varios meses observamos como las plantas con su riego constante se desarrollaron

satisfactoriamente, cabe destacar que este sistema fue echo de tal forma que el

sustrato contuviera nutrientes, así que el agua que agregábamos no contenía ningún

tipo de fertilizante era agua común, un práctica de este tipo nos permitió tener una

idea más clara de cómo funcionaría un sistema NFT, además de que nos permitió

observar las mejoras que le podríamos aplicar a un sistema como estos.

Como se observa en las imágenes los tubos están suspendidos, estas plantas ya llevan en este sistema aproximadamente 6 meses o 7, se encuentran en perfectas condiciones además de que de esta forma se facilita su riego ya que solo se agrega agua a la entrada principal y está sola se distribuye hacia los tubos.

23 fig. plantas iniciadas en hidroponía con gran éxito.

43

3.2 Diseño preliminar del cultivo hidropónico utilizando la técnica NFT.

Como ya elegimos la técnica de cultivo ahora presentaremos un diseño preliminar de

la estructura, que sostendrá nuestro cultivo. En esta parte del proyecto solo

presentaremos las apartes del diseño, sin aplicación de ningún sensor o bombas para

su automatización, esto se retomara y se planteara en la parte de automatización del

sistema, en el cual podremos observar el diseño ya con elementos para su

automatización.

Explicación del sistema, el agua que va a estar almacenada en el tanque de captación ya contiene

los nutrientes disueltos en ella.

1- El agua contenida en el tanque es subida al tubo de distribución.

2- Tubo de distribución envía el agua a cada uno de los tubos , el agua llega a las raíces de las

plantas que se encuentran alojadas en los tubos.

3- El agua que entra a los tubos regresa al tanque por medio de mangueras de desague y el

siclo se repite.

por lo tanto, cada vez que el agua ingrese a los tubos con la ayuda de una bomba esta egresara al

tanque guiada por una seria de mangueras, además de esto la constante recirculación, nos

permitirá la oxigenación del agua que es necesaria para las plantas.

44

3.3 Delimitación del área en la que se desarrollara el cultivo y su estructura. Teniendo el posible diseño de la estructura, ahora seguiremos con los pasos recomendados para realizar un cultivo hidropónico, en esta parte hablaremos sobre la delimitación del sistema, es decir mostraremos el área que elegimos para instalar el cultivo teniendo en cuenta a las recomendaciones necesarias para el desarrollo de la planta, las cuales son que la planta tenga 6 horas de luz diarias, se ubique en un lugar donde no existan corrientes de aire muy fuertes que puedan dañar la planta, atendiendo a la parte de que debe existir un techo para evitar que las fuertes lluvias o el exceso de los rayos del sol dañen las plantas, elegimos instala una maya sombra para estas cuestiones.

24 figura: limpieza del área elegida así mismo como instalación de elementos para la estructura.

45

3.4 Materiales para cultivo hidropónico NFT.

TOTAL= $ 1186

3. 5 Selección de las semillas a emplear y siembra. El tipo de semillas fue de lechuga orejona principalmente por que la planta que más se

utiliza en un cultivos hidropónicos por su gran adaptabilidad y mínimos cuidados,

además de que Se puede cultivar durante todo el año, principalmente en lugares fríos,

al aire libre o bajo invernaderos.

MATERIAL CANTIDAD PRECIO APROXIMADO.

TUBOS DE PVC

4 TUBOS 6 METROS CADA UNO.

$640

SEMILLAS DE LECHUGA. WATA

2 BOLSAS 1 BOLSA

$30 29

BROCAS DE CORONA

1 JUEGO $10

SOLUCION NUTRITIVA

500 GRAMOS, PARA 750L. mas envió

$90 $100

BOMBAS DE AGUA

2 BOMBAS. $200

MANGUERAS 2 ME DIDAS 5/8 Y ½

10 METRO DE ½ 8 METROS DE 5/8

$87

25 figura. Lechugas orejonas es un ejemplo de las lechugas que elegimos para el cultivo.

46

Las variedades de lechuga orejona:

LECHUGAS DE HOJA SUELTA: Es apropiada para huertas caseras, escolares y

mercados locales. El hábito de su crecimiento es vertical. Dentro de estas existen 2

clases:

A) Hojas crespas o rizadas: Son grandes, rectas y compactas. Las hojas son de color

verde claro, ondulado y de bordes muy crespos

B) Hojas Suaves: Como su nombre lo indica, son de hojas muy suaves al tacto. Sus

hojas son rizadas, de color verde amarillento y de sabor muy agradable. Son frágiles y

florecen a veces prematuramente.

Condiciones ambientales para

favorecer el desarrollo de la

lechuga hidropónica. La

temperatura óptima para el

desarrollo de la lechuga es de 19

a 24 grados Centígrados,

soportando una temperatura una

máxima de 28ºC y una mínima de

7ºC. Una vez elegida la semillas,

pasamos a la siembra para ello

escogemos el sustrato que albergara a nuestras semillas, teniendo en cuenta que el

26 figura. Siembra de lechuga orejona, también de tomate y cilantro.

47

sustrato que elegimos no aporte ningún tipo de nutrientes ya que la semillas contiene

los nutrientes necesarios para germinar solo le proporcionaremos el agua

diariamente tratando de que el sustrato este húmedo para la rápida germinación de la

planta. Así mismo evitar exceder la cantidad de agua para no ahogar a la planta, el tipo

de sustrato que elegimos fue una mezcla de hojas trituradas con arena y un pequeña

cantidad de aserrín, Las plantas se sembraron cada 5 centímetros una de la otra. En

cuanto a los cuidados que debe tener la planta durante la germinación es necesario

que la planta tenga suficiente humedad, que no esté expuesta directamente a sol, pero

que tampoco le falta ya que eso provoca que las plantas crezcan de manera prematura

y se empiecen a alarga como hilos, volviéndose muy frágiles e inservibles para ser

trasplantadas.

3.6 Construcción de la estructura para un sistema de cultivo con técnica NFT. Después de haber plantado las lechugas, aprovecharemos para empezar a construir el

sistema en esta parte, iniciaremos con la construcción de la estructura, colocando los

tubos para tener una idea de cómo se verá el sistema ya terminado.

27 figura. Tubos de pvc que utilizaremos para el sistema, miden 6 metros de largo y son de 3 pulgadas de diámetro, montados sobre unos postes.

48

Los tubos serán montados sobre una estructura que construimos con postes de

madera de tal forma que los tubos estén suspendidos, para evitar que algún animal o

insecto dañe el cultivo, además de que este elevación permite que el agua que este

entrando a los tubos y cayendo de regreso al tanque del que sale, oxigene el agua con

28 figura. Los tubos están sobre unas bases con un pequeño ángulo de inclinación para que el agua que baya entrando en cada uno de los tubos este circulando asía fuera del tubo y regrese a un tanque y posteriormente vuelva a regresar en forma de proceso repetitivo.

49

la caída.

Siguiendo con la construcción ahora continuaremos con la perforación de cada uno de

los tubos, teniendo en cuenta que, cada uno de los tubos tiene 6 metro de largo,

aremos una perforación cada 20 centímetros ya que es la distancia recomendada para

cultivo de lechuga hidropónica, para un correcto desarrollo de esta y que no allá

tumultos al estar demasiado cerca una de otra.

Para perforar los tubos utilizamos un tipo de broca comúnmente conocida como broca

de corona, que corta en forma de círculos.

29 figura. Se realizaron varias perforaciones para escoger el tamaño de vaso adecuado para colocar la planta dentro de los orificios.

50

Después de perforar todos los tubos, era necesario conseguir las tapaderas para los

lados del tubo, esto para evitar que algún insecto o animal entre a las tuberías, debido

a que los tubos con los que contamos eran tubos que manejan compañías, nos fue

imposible encontrar tapaderas que se acoplaran, y las que encontramos a su tamaño

más aproximado que fue las de 3 pulgadas no entraban además de que eran muy caras

así que decidimos hacerlas tapaderas nosotros mismo, utilizamos calor para hacer

que las orillas de los tubos se pusieran completamente blandas y manejables,

hacíamos un corte a la mitad y lo doblábamos hacia adentro del tubo, de esta forma

sellamos los tubos.

30 figura. En la parte inferior se observa los tubos completamente terminado de perforar.

51

3.7 Fertilizante hidropónico Para las plantas. El tipo de fertilizante que utilizamos fue uno especialmente diseñado para cultivos

hidropónicos, ya que a diferencia de un fertilizante normal este está elaborado para

suministrarle a la planta elementos que normalmente están presentes en el suelo, y

que por la forma de cultivarse en agua y tubos de PVC, le es imposible obtenerlos, la

solución que utilizamos contiene macro y micronutrientes. La solución nutritiva para

frutos y hortalizas se encarga de proporcionar los nutrientes necesarios a nuestro

cultivo desde su germinación hasta la producción de frutos.

Los elementos esenciales, que permitirán sobrevivir a la planta son los

Macronutrientes (N, P, K, Ca, Mg) que son los elementos más demandados para su

desarrollo, y los micronutrientes (Cl, B, Fe, Mn, Zn y Mo) que son elementos que se

requiere en menor proporción.

Así mismo, es una solución ideal para todo cultivo hidropónico ya que tan solo debe de

disolverse en agua y sus nutrientes están perfectamente balanceados acorde a las

necesidades de la mayoría de los cultivos hidropónicos. Es por ello que la solución

nutritiva es la “esencia” en la técnica hidroponía, haciéndola superior frente al cultivo

en suelo, dando como resultado plantas con mayores rendimiento y mayor calidad.

31 figura. Solución hidropónica que contiene los elementos necesarios para el desarrollo de la planta.

52

3.8 Crecimiento de las plantas pasados algunos días después de la plantación.

Las plántulas comenzaron a aparecer a partir de los 5 días de su siembra, las regamos

2 veces al día, esto con el objetivo de mantenerlas siempre con humedad para que

germinasen correctamente, pero también evitando que tuviesen mucha agua para que

no se fueran a ahogar.

Las plantas sembradas podrán ser trasplantadas, 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.

Para evitar fuertes deshidrataciones en las plántulas, es necesario trasplantarlas en la

tarde o en días nublados. Para las tres técnicas hidropónicas (NFT, raíz flotante y

sobre sustrato) en los que se desarrolla la lechuga, es recomendable la siguiente

densidad de siembra: 20 centímetros entre cada lechuga de igual forma 30 cm hacia

los costados.

32 figura. Plantas con 5 días después de la siembra, en la parte de arriba se observan plantas de repollo que son de hoja en forma de trébol y las de lechuga son alargadas y delgadas.

53

3.9 Tiempo para el Trasplante del germinador hacia el sistema NFT.

Luego de haber transcurrido 30 días aproximadamente de la plantación de semillas,

ahora procederemos a realizar el trasplante de las primeras plantas, mostraremos

paso a paso cada uno de los procedimientos para pasar la planta al sistema NFT.

3.10 Medios para contener la planta en el sistema NFT.

Los cultivos hidropónicos no usan la tierra como medio para crecer, por lo que se

deben colocar en recipientes, para que puedan crecer. Se puede usar cualquier

recipiente de plástico o de lata como: palanganas, canastos, vasos, botellas, cajas de

madera o llantas. Para construir nuestros recipientes de cultivo, debemos seguir estos

pasos:

FABRICACION DE LOS RECIPIENTES CON VASOS DE PLÁSTICO PARA ELLO VAMOS A UTILIZAR:

*CUCHILLO O CLAVOS

*MARTILLO

*VASOS DE PLASTICO

2. REALIZAMOS ORIFICIOS EN EL VASO PARA QUE SIRVAN DE DRENAJE, UN HORIFICIO EN LA PARTE MEDIA Y DOS A LOS LADOS

3. CON ESTO NUESTRO CONTENEDOR ESTÁ LISTO.

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3.11 SUSTRATO PARA LAS PLANTAS.

El tipo de sustrato a utilizar para nuestras plantas es de tipo sintético, usaremos wata

y esponja de poliéster, debido a su bajo costo y facilidad en su manejo.

3.12 PREPARACION DEL FERTILIZANTE PARA LAS PLANTAS.

El fertilizante que estamos utilizando está especialmente diseñado para cultivo

hidropónico y solo hace falta disolverlo en agua, aunque es posible adquirirlos en dos

porciones las cuales son solución A Y solución B, en la primera se encuentran

macronutrientes, en la segunda los micronutrientes, nuestra solución ya contiene

ambos elementos, a continuación veremos cómo prepararla.

Se agregan una tapadera de fertilizante para preparar 20 litros, y es recomendable deshacer las medidas en un poco de agua antes de agregarla a toda el agua que se vaya a preparar. Para evitar que se asiente los elementos al no deshacerse completamente.

1. cortar la wata en tiras de aproximadamente 20cm de largo y 5 de ancho

2. después ya teniendo la wata cortada será más fácil usarla para nuestros fines.

55

3.13 ¿COMO SE SIEMBRAN LOS CULTIVOS?

Existen dos tipos de sistemas de siembra: 1. Siembra por trasplante 2. Siembra Directa

1. SIEMBRA POR TRASPLANTE: Se hace con plantas que Necesitan primero

estar en semilleros para luego ser Trasplantadas, tales como:

2. SIEMBRA DIRECTA: Se usa para plantas que desde el principio crecen fuertes

y se siembran directamente en el lugar donde pasarán su ciclo de vida, tales

como:

En nuestro caso como elegimos el cultivo de lechuga y repollo, como observamos

utilizamos la siembra de trasplanté ya que nuestras plantas solo estarán 30 días en

los semilleros o germinadores, pasados esos días comenzaremos a realizar los

trasplantes a las nuevas áreas de desarrollo completo de la planta hasta su cosecha.

56

3.14 extracción de las plantas de los semilleros

PLANTAS CON 5 DIAS DE SU GERMINACION. REPOLLO

PLANTULAS DE LECHUGA OREJONA A 5 DIAS DE SU GERMINACION

PLANTAS 33 DÍAS DESPUÉS DE SU PLANTACIÓN EN ESTA SE OBSERVA QUE YA TIENE HOJAS VERDADERAS.

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LA PLANTAS DE EXTRAEN DEL CONTENEDOR, TRATANDO DE TENER CUIDADO DE NO ROMPER LAS RAÍCES PRINCIPALES AL SACARLAS, POR LO CUAL USAMOS UNA CUCHARA PARA SACARLAS PLANTAS.

SE SUSTRAEN LAS PLANTAS ASÍ COMO SE OBSERVA EN LA IMAGEN SACAMOS LA PLANTA CON UNA PORCIÓN DE TIERRA, QUE ESTÁ SUJETA POR LAS RAÍCES.

COLOCAMOS LA PLANTA EN UN BALDE CON AGUA PARA QUE LA TIERRA QUE TIENE SE ABLANDE Y DESPRENDA DE LAS RAÍCES.

58

LAVAMOS LAS RAÍCES LO MÁS QUE SE PUEDA YA QUE EL SUSTRATO QUE TIENE PUEDE CONTAMINAR EL ÁREA EN LA QUE LA INSTALAREMOS. COMO VEMOS SOLO QUEDARON LAS RAÍCES.

TOMAMOS UNA PORCIÓN DE LA WATA Y COLOCAMOS LAS RAÍCES DE LA PLANTA SOBRE LA TIRA DE WATA, HACEMOS UN DOBLES SOBRE LA RAÍCES Y COMENZAMOS A ENVOLVER LA RAÍZ CON LA WATA.

CONFORME SE ENVUELVE, DEBEMOS DE CUIDA DE NO DOBLAR LA PLANTA PARA EVITAR QUEBRAR LA RAÍZ, DE LO CONTRARIO YA NO SERVIRÍA. PODEMOS QUITAR LAS HOJAS PEQUEÑAS LAS PRIMERAS HOJAS YA QUE ESTAS SE SECARAN POSTERIORMENTE.

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LAS PLANTAS DEBEN DE QUEDAR COMO SE MUESTRA EN LA IMAGEN DE LA DERECHA.

DESPUÉS SE COLOCA DENTRO DE LOS VASOS QUE PREVIAMENTE FUERON PERFORADOS, COLOCAMOS DE ESTA FORMA UNA POR UNA.

TRATAMOS DE COLOCARLAS PLANTAS LO MÁS DERECHO POSIBLE PARA QUE CAPTEN CORRECTAMENTE LOS RAYOS DEL SOL Y CREZCAN DE MANERA OSTENTOSA.

60

3.15 Inserción en tubos de pvc.

COLOCAMOS LAS MANGUERAS Y

TANQUES CON LÍQUIDO

FERTILIZANTE, CONECTAMOS

MANGUERAS Y ENCENDIMOS LAS

BOMBAS PARA LLENAR LOS

TUBOS.

LOS TUBOS ESTÁN NIVELADOS DE

AMBOS LADOS Y SELLADOS, SOLO

TIENE UNA MANGUERA EN LA

PARTE DE DESAGÜE PARA QUE EL

AGUA SALGA DEL TUBO AL

LLEGAR A CIERTO NIVEL.

COLOCAMOS UNA POR UNA LAS

PLANTAS EN LOS ORIFICIOS DE

LOS TUBOS, ASÍ COMO VEREMOS A

CONTINUACIÓN EN LAS

SIGUIENTES IMÁGENES.

61

ESTE ES EL TANQUE DE

RESERVA CONTIENE

FERTILIZANTE LÍQUIDO, PARA

SUMINISTRARSE CUANDO SE

REQUIERA AL TANQUE DE

RECIRCULACIÓN EN CASO DE

QUE EL NIVEL DEL TANQUE

BAJE DEMASIADO PARA

EVITAR QUE LAS PLANTAS SE

QUEDEN SIN AGUA.

CAPACIDAD DE 20LT.

EL AGUA SALE DE LOS TUBOS

Y ENTRA A ESTE CONTENDOR

PARA ALIMENTAR A UNAS

PLANTAS DE TOMATE

HIDROPÓNICAS, DESPUÉS DE

ESTO POR MEDIO DE OTRA

BOMBA EL AGUA SUBE HACIA

LOS TUBOS Y ASÍ SE REPITE EN

CICLO.

EN LAS IMÁGENES QUE A CONTINUACIÓN SE MUESTRAN SE OBSERVA COMO ESTÁ INSTALADO EL SISTEMA DE CIRCULACIÓN, EL AGUA QUE SALE DE LOS TUBOS LLEGA A UN CONTENEDOR DE COLOR BLANCO, EN EL CUAL ESTÁN UNAS PLANTAS DE TOMATE HIDROPÓNICAS, ESTO PERMITE QUE AL MISMO TIEMPO QUE CULTIVO LECHUGAS TAMBIÉN TOMATES.

62

63

ESTE ES EL RESULTADO FINAL DE UNA HUERTA HIDROPÓNICA CASERA,

FUNCIONADO, LA CUAL ESTA ECHA PARA QUE 3 TIPOS DE PLANTAS SE

DESARROLLEN EN ELLA DE MANERA ARMÓNICA, EN LAS IMÁGENES SE OBSERVA

PLANTAS DE TOMATE CON SUS FRUTOS Y ALGUNAS DE LECHUGA, DE IGUAL

FORMA PLANTAS DE YERBA BUENA CON EXCELENTES RESULTADOS EN SU

ADAPTACIÓN PUES A LOS POCOS DÍAS DE PLANTARSE COMENZARON A

DESARROLLAR GRAN CANTIDAD DE RAÍCES QUE SE PRECIPITABAN HACIA ABAJO

BUSCANDO EL AGUA CON NUTRIENTES.

64

4 ELEMENTOS PARA LA AUTOMATIZACION

4.1 Automatización de los principales procesos de un cultivo hidropónico.

Automatización Industrial (automatización; del griego antiguo auto: guiado por uno

mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para

controlar maquinarias y/o procesos industriales. La automatización como una

disciplina de la ingeniería que es más amplia que un sistema de control, abarca la

instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los

sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y

las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar, controlar las operaciones

de plantas o procesos industriales, así como supervisión autónoma en procesos

agrícolas.

El empleo de la automatización nos ofrece grandes ventajas dentro de procesos que

están en constante repetición , control de calidad más estrecho, mayor eficiencia,

integración con sistemas empresariales, incremento de productividad reducción de

trabajo humano lo cual conlleva a menos trabajadores y permite evitar el contacto de

trabajadores con elementos peligroso.. Dado que no todas las tareas pueden ser

automatizadas, es importante el poder discernir cuales tareas son suficientemente

repetitivas o complejas para que ameriten ser automatizadas.

Es importante saber que cuando se pretende implementar la automatización debe de

conocerse cómo funciona el sistema al que se le van a aplicar tareas automatizas para

que la automatización realice estas actividades lo más apegado a las especificaciones

técnicas, dado que en nuestro proyecto se pretende automatizar los principales

procesos de un cultivo hidropónico, fue necesario diseñar y construir un sistema

hidropónico con técnica NFT lo cual nos permitió conocer más a fondo como funciona

esta nueva tecnología agrícola para el cultivo de plantas. Teniendo el cultivo

hidropónico funcionado, nos dimos a la tarea de comenzar a diseñar e implementar la

automatización de algunos de sus procesos, a continuación presentamos los

elementos necesarios para realizar la automatización, sus especificaciones técnicas,

así como los diagramas de control para el sistema y sus funcionamiento.

65

4.2 Instrumentación.

En el capítulo anterior se planteó el diseño y construcción de un cultivo hidropónico

NFT casero, en este capítulo se platearan los diagramas eléctricos para la

automatización de los principales procesos del cultivo hidropónico , además de que se

seleccionaron los sensores, microcontroladores y materiales, que permitirán ejecutar

las tareas de automatización, tratando de aplicarlos en la medida de lo posible con el

mismo principio de funcionamiento que existiría en un invernadero de tamaño real.

4.3 Microcontrolador pic16f877a

El microcontrolador PIC16F877 de Microchip pertenece a una gran familia de

microcontroladores de 8 bits (bus de datos) que tienen las siguientes características

generales que los distinguen de otras familias:

- Arquitectura Harvard

- Tecnología RISC

- Tecnología CMOS

Estas características se conjugan para lograr un dispositivo altamente eficiente en el

uso de la memoria de datos y programa y por lo tanto en la velocidad de ejecución.

Un pic permite el manejo de variables que

pueden ser de carácter digital o analógico

y que son adquiridos a través de sus

entradas. La lógica programada en el

mismo permite la toma de decisiones y la

ejecución de tareas diversas. Dichas tareas

son ejecutadas a través de dispositivos

conectados a las salidas del pic, los cuales

también pueden ser de naturaleza digital

y/o analógica dependiendo..

Sus reducidas dimensiones, su extremada

facilidad de montaje, la posibilidad de Almacenar los programas para su posterior y

rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hacen que la

Fig. 33 configuraciones de las entradas de un pic16f877a.

66

eficacia de los pics se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen

necesidades como: espacio reducido, procesos cambiantes, procesos secuenciales,

procesos complejos.

Principales características:

Frecuencia de operación: 20khz

Canales analógico-digitales: 8 canales

Volaje de opercion.: 2.0v a 5.5v

Datos en memoria: 368 bytes

Comparadores analógicos: 2

Funciones que puede ejecutar

El pic 16f877a pueden ejecutar todo tipo de operaciones lógicas programadas de

acuerdo al álgebra booleana; también pueden realizar operaciones aritméticas y

manejo de fechas y horas, temporización y conteo de eventos, así como funciones de

encendido y apagado con niveles de prioridad. También se tiene la posibilidad de

manejar y almacenar datos en memoria para su uso y consulta.

4.4 Microcontrolador Pic16f628a

El pic16f628a es un microcontrolador de 8 bit, posee una arquitectura RISC

avanzada así como un juego reducido de 35 instrucciones. Este

microcontrolador es el remplazo del obsoleto pic16f84a, los pines del

pic16f628a son compatibles con el pic16f84a.

Características del PIC16F628A:

CPU De alto rendimiento RISC:

• velocidades de operación de DC - 20 MHz

• Capacidad de interrupción

• pila de 8 niveles

67

• Modos de direccionamiento directos, indirectos y relativo

• 35 simples instrucciones de palabra: Todas las instrucciones de ciclo único,

excepto las de salto.

Canales analógico-digitales: 0

Voltaje de operación: 2.0v a 5.5v

Datos memoria: 224

34fig. configuraciones las entradas de un pic16f628a

Funciones del pic16f628a

Pueden ejecutar todo tipo de operaciones lógicas programadas de acuerdo al

álgebra booleana; también pueden realizar operaciones aritméticas y manejo

de fechas y horas, temporización y conteo de eventos, así como funciones de

encendido y apagado con niveles de prioridad.

68

4.5 Integrado 40106

Este integrado contiene en su interior el equivalente a 6 compuertas inversoras (NOT)

con entradas Schmitt trigger. CMOS.

Características:

6 compuertas inversoras (NOT) con entradas Schmitt trigger

La histéresis de las entradas incrementa la inmunidad al ruido y elimina el

jitter

Tecnología: CMOS

Voltaje de alimentación: 3 V a 15 V

Encapsulado: DIP 14 pines

35fig. configuración de las entradas de circuito.

69

4.6 Sensor de temperatura LM35

El lm35 es un sensor de temperatura integrado de precisión, cuya tensión de salida es

linealmente proporcional a temperatura en ºc (grados centígrados). El lm35 por lo

tanto tiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrada en grados

kelvin: que el usuario no está obligado a restar una gran tensión constante para

obtener grados centígrados. El lm35 no requiere ninguna calibración externa o ajuste

para proporcionar una precisión típica de ± 1.4 ºc a temperatura ambiente y ± 3.4 ºc a

lo largo de su rango de temperatura (de -55 a 150 ºc). el dispositivo se ajusta y calibra

durante el proceso de producción. la baja impedancia de salida, la salida lineal y la

precisa calibración inherente, permiten la creación de circuitos de lectura o control

especialmente sencillos. el lm35 puede funcionar con alimentación simple o

alimentación doble (+ y -) requiere sólo 60 µa para alimentarse, y bajo factor de auto-

calentamiento, menos de 0,1 ºc en aire estático. el lm35 está preparado para trabajar

en una gama de temperaturas que abarca desde los- 55 ºc bajo cero a 150 ºc, mientras

que el lm35c está preparado para trabajar entre -40 ºc y 110 ºc (con mayor precisión).

Características:

*Calibrado directamente en grados Celsius (Centígrados)

*Factor de escala lineal de +10 mV / ºC

*0,5ºC de precisión a +25 ºC

*Rango de trabajo: -55 ºC a +150 ºC

*Apropiado para aplicaciones remotas

*Bajo coste

*Funciona con alimentaciones entre 4V y 30V

*Menos de 60 µA de consumo

*Bajo auto-calentamiento (0,08 ºC en aire estático)

*Baja impedancia de salida, 0,1W para cargas de 1mA

70

4.7 Bomba hidráulica

Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía

(generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica

del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o

una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o

la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión,

su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de

Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un

líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una

zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.

Existen gran variedad de bombas hidráulicas, las cuales se dividen en dos

grupos principales: las bombas de desplazamiento positivo y las bombas roto-

dinámicas. En esta última categoría, un tipo muy común es la bomba centrifuga

o radial, en la cual el agua bombeada sigue una trayectoria perpendicular al eje

rotativo impulsor.

El tipo de bomba que hutilizamos es de agua sumergible y sus especificaciones

las presentamos a continuación:

* Voltaje: 110V/220V/240V

*Frecuencia: 50/60HZ

*capacidad de 1200 litros por hora

* 10 watts de potencia

*una altura de metros, 1.8 metros de cable y eje

de cerámica.

71

4.8 Tipo de cultivo a utilizar

El tipo de cultivo hidropónico a utilizar es el de la técnica NFT o técnica de la película

de nutrientes, la cual consisten en sembrar las plantas sobre un sustrato inerte en

nuestro caso utilizamos la wata, después se colocan en tubos de PVC que previamente

fueron perforados, los cuales contiene un solución con fertilizante la que aporta los

nutrientes necesarios a la planta para que esta crezca de forma sana y que está en

constante movimiento por una bomba de agua para oxigenar el agua. Este tipo de

cultivo es más ventajoso que la de sustrato sólido pues el crecimiento de las plantas

es más acelerado y además permite una densidad de cultivos aún mayor si se

disponen las plantas en niveles; sin embargo, tiene la desventaja de que implica más

cuidados que la hidroponía de sustrato sólido debido a que debe de regarse

constantemente.

72

4.9 Factores de gran importancia dentro de un cultivo y procesos a

automatizar.

En el capítulo 2 de desarrollo teórico se explica cuáles son los factores críticos dentro

de un cultivo hidropónico y se explica el porqué.

Los factores que se deben de cuidar dentro de un cultivo hidropónico son:

Ø Oxigenación del agua

Ø Cantidad de nutrientes

Ø Temperatura del agua

Ø Cantidad de agua

Debido a que el tipo de técnica que estamos empleando es de NFT, esto quiere decir

que el agua estará en constante movimiento debido al tipo de estructura y ala

constante recirculación del agua , esta acción permite que el agua se esté oxigenando

constantemente y ya no es necesario utilizar un equipo para este factor, a diferencia

de un sistema de tipo raíz flotante el cual se debe de meter una bomba de aire para

que las plantas no mueran o se desarrollen de manera poco favorable por la falta de

oxígeno a las raíces. Entre otras ventajas de utilizar la recirculación es que evita el

aumento de temperatura debido a la radiación solar y además asegura el

mantenimiento de niveles mínimos de agua en los diferentes tubos del sistema.

Adicionalmente, según lo indican quienes se dedican a comerciar con sistemas de

hidroponía, la circulación del agua enriquecida propicia el rápido crecimiento de las

plantas, así como también retarda el crecimiento de musgo en los recipientes que la

contienen. Por tanto, es conveniente automatizar la recirculación periódica del agua

del cultivo, sobre todo considerando que es una tarea repetitiva y recurrente. Otro

cuidado importante es la reposición del agua que se pierde en el proceso debido a la

evaporación que es mínima y al consumo mismo de las plantas que el la mayor parte

de consumo por la planta, otro factor que se puede estar monitoreando para un mejor

manejo de esta técnica es la temperatura ambiente.

73

4.10 Formas en cómo se realizara la automatización de procesos.

La automatización de los procesos de mayor importancia del cultivo hidropónico NFT,

deberá ser controlada por un microcontrolador PIC16F877A y pic16f628A por medio

de los cual se enviaran las señales para el encendido y apagado de las bombas,

utilizando intervalos de tiempo establecidos en el lenguaje de programación, y a su

vez por las señales recibidas de los sensores externos colocados en los tanques de

reserva (B) y el tanque de alimentación de agua (A).

La recirculación del agua debe ser realizada con una bomba hidráulica de baja

potencia y de uso común para peceras pero con la fuerza necesaria para mover el

agua, para la cual es necesario tener un control de su encendido y apagado periódico,

a través de una serie de instrucciones.

En el caso de la reposición de agua y nutrientes, se utilizaran una bomba hidráulica

cada 5 horas durante 20 minutos el riego. Para la reposición de agua se usaran

sensores de nivel para determinar el momento en el cual existe una cantidad de agua

mínima en el tanque de alimentación a los tubos, y se enviara una señal al

microcontrolador pic16f9877a para encender la bomba que está dentro del tanque de

reserva para comenzar a llenar el tanque de alimentación. En caso de que el tanque

de reserva (B) se encuentre vacío existirá en el un sensor para indicar que este esta

vacío y por ello no se podrá iniciar el bombeo del agua hacia el tanque de alimentación

a los tubos(A), esto para evitar que la bomba trabaje en seco y esto ocasiones daños a

la bomba.

También se agregó al sistema un sensor de temperatura LM35 para monitorear la

temperatura ambiente en las plantas esto nos servirá para observar los cambios de

temperatura y en caso de ser necesario hacer una modificación en el riego de las

plantas ya que un cambio brusco de temperatura afecta las plantas en cuanto al

consumo de agua por lo que este puede aumentar. Cada tubo cuenta con un sensor de

humedad para indicarnos si existe agua en la tubería y así evitar estrés en las plantas,

este sensor encenderá un indicador cada vez que el tubo tenga agua.

74

En el sistema de control cuenta un selector para activar el sistema en automático o

manual, esto nos permite que en caso de que exista algún problema en el sistema se

pueda pagar o en su caso modificar el tiempo de riego para hacerlo de manera manual

si así se requiera. Además de que podremos checar la fecha de trasplante de las

plantas en la pantalla LCD.

a continuación muestra el diagrama general del sistema.

Tanque de reserva (B)

PIC

16

F8

77

A

PIC

16F6

28

S1

S2

S3

S4

SELECTOR

LCD

S1:ON S2:OFF S3:ON

S1: SENSOR DE TEMPERATURA

S2: SENSOR DE NIVEL TANQUE B

S3: SENSOR DE NIVEL OK TANQUE A

S4: SENSOR DE NIVEL BAJO TANQUE A

SELECTOR: AUTOMATICO O MANUAL.

75

En el diagrama se muestra que el pic16F877A el cual se encarga de controla el tipo

manejo del sistema ya sea manual o automático, cuando se está trabajando con el

sistema manual, las bombas podrán ser encendidas por medio de interruptores

manuales unidos a relevadores, pero si queremos utilizar el sistema automático, el

pic16f877a enviara una señal al pic16f628A para que comience a funcionar y operar

utilizando un programa previamente establecido con intervalos de tiempo para el

encendido de las bombas, así como la lectura de los sensores, al pic16f877a también

estarán llegando señales de los sensores que están activos y a su vez se mostrara en la

pantalla LCD, también la temperatura ambiente y se podrá acceder a la fecha de

trasplante.

Además se piensa en realizar una pequeña maqueta que estará unida a sensores los

cuales indicaran por medio de luz led si estos tienes agua en su interior.

En la parte de abajo explicaremos las partes de los circuitos y como están divididos.

4.11 Sistema de monitores de los sensores

La pantalla LCD nos muestra el tipo de control que estamos manejando por medio de

un interruptor el cual nos facilita la actividad.

76

En esta parte adema se muestra que sensores están activos, los cuales pertenecen a

sensores de nivel y de temperatura.

El diseño general de la parte de control automático-manual está dividido en secciones.

Los relevadores en este caso actúan como elementos de potencia para accionar las

bombas de recirculación del agua.

77

4.12 Simulación del comportamiento de los sensores.

En esta parte del circuito se muestran cada uno de los sensores a utilizar estos

simulan la acción de encendido o apagado cuando estos envíen una señal al tener

humedad .

SW1: selector manual o automático, dependiendo en qué estado se encuentre en la

pantalla LCD se visualizaran el estado.

SW1: SELECTOR MANUAL AUTOMATICO, SE MOSTRARA EN LA PANTALLA LCD EL

ESTADO.

SW2: SENSOR DE NIVEL TANQUE B

SW3: SENSOR DE NIVEL OK TANQUE A

SW4: SENSOR DE NIVEL BAJO TANQUE A

78

4.13 establecimiento de fechas y visualización.

en esta parte del circuito podrás ingresar la fecha en la cual realizaste el trasplante de

las plantas y poder realizar anotaciones con respecto al crecimiento que han tenido

desde que fueron trasplantadas o en caso realizar experimentos aplicando distintas

mesclas de fertilizante para ver su crecimiento y poder elegir en base a esto la mejor

opción para tus plantas.

SW5: botón de visualización de fechas, con el podrás ver la fechas previamente

ingresada.

RV1: potenciómetro para seleccionar el día de trasplante.

RV2: potenciómetro para seleccionar el mes en que fue trasplantada.

79

4.14 Parte de control automático

Circuito general para la parte de control automático del encendido de las bombas para

el riego de las plantas y para rellenar el tanque de circulación.

En esta parte el pic16f628 está recibiendo las señales de los sensores, para poder

comenzar el riego de las plantas cada cierto tiempo, la bomba se enciende para regar

durante 10 minutos y se apaga. Pero para que esto suceda los sensores del tanque A

deben de indicar que este tiene agua para que la bomba no trabaje en seco. En caso de

que el sensor del tanque A no tenga agua entonces la bomba del tanque B entra para

comenzar a rellenar el tanque y así pueda funcionar la bomba de riego.

Para el accionamiento de las bombas empleamos dos relevadores, los cuales

dependiendo de las lecturas de los sensores estas entran en acción.

80

4.15 Sensores para la lectura de niveles.

Los sensores de nivel fueron hechos por medio este integrado contiene en su interior

el equivalente a 6 compuertas inversoras (not) con entradas schmitt trigger. De tal

forma que se usan la resistencia que ofrece un líquido cuando entra en contacto con

las dos puntas, y sale un pequeño voltaje, el integrado al recibir una pequeña señal las

filtra y envía un alto.

Así como se muestra en la imagen de arriba las señales débiles o altas pueden ser

filtradas.

81

4.16 Programación de cada uno del micro controlador

la programación del pic16f877a fue hecha en compilardor ccs compiler y este es el

código del programa.

#include <16f877.h>

#device adc=10 //Usa resolución de 10 bits

#use delay(clock=4000000)

#fuses hs,nowdt,noprotect,nolvp

#include "lcd.c"

float temp,medicion,medicion2,mes,dia;

void main (void)

{

setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);//Bits de

config...

setup_adc_ports(AN0_AN1_AN3);

lcd_init(); //Inicia LCD

lcd_putc(" Automatizacion\n"); //Saca texto

lcd_putc(" y monitoreo"); //Saca texto

delay_ms(1500);

lcd_putc("\f"); //Limpia pantalla

lcd_putc(" de un sistema\n"); //Saca texto

lcd_putc(" hidroponico"); //Saca texto

delay_ms(1500);

while (true)

{

set_adc_channel (0); // inicia

lectura del canal NA0 MIDE PRESION

delay_us (20);

medicion=read_adc ();

temp=medicion*(0.48875); //Pasa

binario a °C

set_adc_channel(1); // inicia

la lectura del canal NA1 MIDE

TEMPERATURA

delay_us(20); //tiempo

necesario para la conversion

medicion2=read_adc (); //Hace

conversión AD

dia=((medicion2*31)/1023);

while(dia<1 && dia>=0)

{

dia=dia+1;

break;

}

82

set_adc_channel(3); // inicia

la lectura del canal NA1 MIDE

TEMPERATURA

delay_us(20); //tiempo

necesario para la conversion

mes=read_adc (); //Hace conversión

AD

if(input(PIN_C3))

{

lcd_putc("\f");

lcd_putc("Fecha de"); //Saca texto

while(mes>937 && mes<=1024)

{

printf(lcd_putc," DIC"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>852 && mes<937)

{

printf(lcd_putc," NOV"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>767 && mes<852)

{

printf(lcd_putc," OCT"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>682 && mes<767)

{

printf(lcd_putc," SEP"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>596 && mes<682)

{

printf(lcd_putc," AGO"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>511 && mes<596)

{

printf(lcd_putc," JUL"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>426 && mes<511)

{

printf(lcd_putc," JUN"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>341 && mes<426)

{

printf(lcd_putc," MAY"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>255 && mes<341)

83

{

printf(lcd_putc," ABR"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>170 && mes<255)

{

printf(lcd_putc," MAR"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>85 && mes<170)

{

printf(lcd_putc," FEB"); //xxx.x °C

break;

}

while(mes>=0 && mes<85)

{

printf(lcd_putc," ENE"); //xxx.x °C

break;

}

delay_us (500);

lcd_putc("\nTransplante"); //Saca texto

printf(lcd_putc," %02.0f",dia);

delay_us (2500);

}

else

{

if(input(PIN_C2))

{

output_high(PIN_B1);

output_high(PIN_B0);

lcd_putc("\f");

lcd_putc(" Sistema en\n"); //Saca texto

lcd_putc("Estado Automatic"); //Saca

texto

delay_ms(1000);

lcd_putc("\f");

if(input(PIN_C4))

{

lcd_putc(" S1=on"); //Saca texto

}

else

{

lcd_putc(" S1=off"); //Saca texto

}

if(input(PIN_C5))

{

lcd_putc(" S2=on\n"); //Saca texto

}

else

{

lcd_putc(" S2=off\n"); //Saca texto

84

}

if(input(PIN_C6))

{

lcd_putc(" S3=on"); //Saca texto

}

else

{

lcd_putc(" S3=off"); //Saca texto

}

printf(lcd_putc," %02.0f%cC",temp,223);

//xxx.x °C

delay_ms (2500);

}

else

{

output_low(PIN_B1);

output_low(PIN_B0);

lcd_putc("\f");

lcd_putc(" sistema en\n"); //Saca texto

lcd_putc(" estado manual"); //Saca texto

delay_ms(1000);

lcd_putc("\f");

if(input(PIN_C4))

{

lcd_putc(" S1=on"); //Saca texto

}

else

{

lcd_putc(" S1=off"); //Saca texto

}

if(input(PIN_C5))

{

lcd_putc(" S2=on\n"); //Saca texto

}

else

{

lcd_putc(" S2=off\n"); //Saca texto

}

if(input(PIN_C6))

{

lcd_putc(" S3=on"); //Saca texto}

else

{

lcd_putc(" S3=off"); //Saca texto

}

printf(lcd_putc," %02.0f%cC",temp,223);

//xxx.x °C

delay_ms (2500);

}

}

}

85

}

La programación de pic16f62A

Para la programación del pic16f628a se utilizó de tipo escalera como el que se usan

para programar a los plcs, el programa que se utilizó ldrmicro, se usa la programación

de tipo escalera, esto se debe principalmente a la facilidad que tiene usar este tipo de

programación para establecer los tiempos de encendido y apagado de las bombas.

Cada línea tiene una serie de condiciones que se manejan según los valores de entrada

de los sensores, con este programa la bombas comenzaran el riego cada 5 horas, con

una duración de riego de 20 minutos, ya que el tipo de estructura permite guardar

agua para que no sea necesario encender constantemente las bombas y se alimenten

del agua que tiene almacenada en los tubos.

86

4.17 Diseño de los pcbs.

En esta parte del circuito se llevaran a cabo el control manual-automático y monitoreo de sensores de nivel y temperatura.

En esta sección se controlara automáticamente el encendido y apagado de las bombas.

Placa con sensores de nivel.

87

4.18 Conclusiones y recomendaciones.

Para este proyecto, todos los objetivos fueron cumplidos. Todos los diseños eléctricos

y estructuras realizados fueron implementados y funcionaron de forma correcta.

La automatización implementada para una cultivo hidropónico NFT, nos permitió

disminuir de gran forma el trabajo humano requerido para la realización de las tareas

de mantenimiento que demanda su funcionamiento diario.

Los procesos diarios requeridos son:

· La recirculación y oxigenación del agua de la huerta

· La reposición de agua consumida por las plantas

· La lectura de la temperatura ambiente.

El hecho de tener un cultivo de este tipo y diseño nos permite no tener que estar

encendiendo y apagando las bombas para recircular esto es debido a que su diseño

permite que el agua se almacene en los tubos es decir que al pasar por los tubos el

agua llena el tubo y cuando esta dejan de funcionar el agua se queda allí estancada por

un corto periodo de tiempo, y así las plantas tengan agua por algún tiempo hasta que

se inicie de nuevo la reposición de agua por las bomba. Además, el ajuste de nivel

instalado en cada uno delos tanques permite que sea más rápida y confiable la

reposición de agua en caso de que se llegue a terminar.

Con el paso de los días se observó cómo funcionaba el sistema, de forma favorable,

además de que las plantas tienen un excelente desarrollo dentro de un sistema de este

tipo, esto nos permitió concluir que aplicando la automatización de tareas de petitivas

conlleva a un mejor cuidado y por ende desarrollo de las plantas en un cultivo

hidropónico, pues permite una continua atención a las necesidades de oxigenación,

reposición de agua y nutrientes en el cultivo, así como a la vez evita que se

incremente la temperatura del agua y retarda la formación de musgos.

88

Las plantas con adecuada oxigenación crecen saludablemente y de forma acelerada

También es posible notar una diferencia en el crecimiento de las plantas en las cuales

se tiene recirculación de agua constante con respecto a quienes no la tienen. Sin

embargo, tener la certeza de tal beneficio requiere de un periodo de estudio mucho

más tiempo.

Recomendaciones

Para aumentar la confiabilidad del sistema en el proceso de reposición de nutrientes

sería ideal el uso de electroválvulas para ir agregando al tanque que se encarga de

suministrar agua al tanque de recirculación, esto debido a que nos proporcionaría un

mejor dosificación al aplicar los nutrientes al agua, por ello se recomienda instalar 2

electroválvulas una para los micronutrientes y la otra para los macronutrientes.

Para el monitoreo de proceso de riego sería de gran ayuda la instalación de un

indicador de humedad para ver que tubo tiene deficiencia de agua por fuga o taponeo

en la entrada.

Es posible también considerar la posibilidad de instalar un sensor de pH que

monitoree en línea la acidez del agua del sistema, de forma que pueda dar una señal

de alarma, en caso de que dicho valor se salga de los parámetros recomendados para

el cultivo. Dicho sensor podría ser de naturaleza analógica o digital con valores límites

preseleccionados. La dosificación de ácido nítrico es utilizada para ajustar el pH de los

cultivos sin embargo, no se considera conveniente el tener una regulación

automatizada de tal tipo por las dificultades que presenta el manejo de dicho ácido y

la poca regularidad con la que tal tipo de ajuste sea necesario.

Como recomendación final, todos los componentes del sistema automático se pueden

adaptar fácilmente a un cultivo de mayores rasgos, lo que hace fácil la expansión del

tamaño de cultivo para tener una producción más abundante de hortalizas, sin tener

que invertir trabajo y dinero adicionales en la automatización.

89

4.19 Bibliografía.

Libros:

1 -el arte de cultivar sin tierra. jose maria alarte 1° edición.

2 -como hacer hidroponía. keith roberto. 4° edición.

3 -manual de cultivo de lechuga en agua.

4- compilador ccs y simulador proteus para microcontroladores pic

Paginas:

1. http://es.wikipedia.org/wiki/Hidropon%C3%ADa

2. http://hidroponia.org.mx/

3. http://www.hydroenv.com.mx/catalogo/index.php?main_page=page&id=27&chapter=1

4. http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/ingenieria-

electronica/respuestas/10203/40106-trigger-schmitt

5. http://www.grupo-

maser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/Automatizacion/Auto

matizacion.htm

6. http://hidroponia.gcaconsultora.com.ar/product_hidrop.html

7. http://proyectoaula-pic16f628a.blogspot.com/