UNIVERSIDAD DE GUAYAQUILrepositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/49494/1/B-CISC-PTG...Pedro García...

DISEÑO DE PROTOTIPO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO

EN HIDROPONÍA PARA CULTIVOS DE

LECHUGA, BASADO EN LOS

PARÁMETROS QUÍMICOS

DE LA SOLUCIÓN

HIDROPÓNICA

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES

PROYECTO DE TITULACIÓN

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

AUTOR(ES):

CLARA GABRIELA GARCÍA FLORES

CHRISTOPHER JORDY ARTEAGA REYES

TUTOR:

ING. PEDRO GARCÍA ARIAS, M. SC.

GUAYAQUIL – ECUADOR

2020

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍAS

FICHA DE REGISTRO DE TRABAJO DE TITULACIÓN

TÍTULO: “DISEÑO DE PROTOTIPO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO EN HIDROPONÍA

PARA CULTIVOS DE LECHUGA, BASADO EN LOS PARÁMETROS QUÍMICOS DE LA

SOLUCIÓN HIDROPÓNICA.”

AUTOR(ES):

Clara Gabriela García Flores

Christopher Jordy Arteaga Reyes

REVISOR(A):

Ing. Alfonso Guijarro, M. Sc.

INSTITUCIÓN: Universidad de

Guayaquil

FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas

CARRERA: Ingeniería en Sistemas Computacionales

FECHA DE PUBLICACIÓN: N.º DE PAGS: 112

AREA TEMÁTICA: Tecnología de la Información

PALABRAS CLAVES: Hidroponía, calidad del agua, pH, lechuga, conductividad eléctrica, turbidez del agua, temperatura

RESUMEN: El presente proyecto prioriza como objetivo diseñar un sistema automatizado en hidroponía para el cultivo de lechuga (Lactuca sativa.) que permita identificar los parámetros físicos y químicos de la solución

hidropónica, monitoreados mediante los sensores de turbidez, conductividad eléctrica, pH y temperatura. Este

sistema automatizado está compuesto por datos que son recolectados mediante el Arduino Mega, misma

información es receptada por los sensores especializados mencionados inicialmente que al mismo tiempo son

enviados a la plataforma de Ubidots, permitiendo que los usuarios realicen consultas en tiempo real de los

parámetros censados que son reflejados desde una interfaz gráfica que puede ser visualizada desde un

computador o smartphones Android e Ios. El sistema desarrollado ofrece una herramienta tecnológica para el

monitoreo eficiente de parámetros que permita tomar mejores decisiones a los productores de lechuga para

lograr una mayor productividad y mejora en la calidad del producto final.

N° DE REGISTRO: N° DE CLASIFICACIÓN:

DIRECCIÓN URL:

ADJUNTO PDF SI NO

CONTACTO CON AUTOR(ES): Clara

Gabriela García Flores


Teléfono:

09843932060

0989961713

Email: [email protected]

[email protected]

CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN Nombre: Ab. Juan Chávez Atocha

Teléfono: 2307729

Email: [email protected]

X

X

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]

III

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del Trabajo de Titulación, “DISEÑO DE PROTOTIPO DE UN SISTEMA

AUTOMATIZADO EN HIDROPONÍA PARA CULTIVOS DE LECHUGA, BASADO EN LOS

PARÁMETROS QUÍMICOS DE LA SOLUCIÓN HIDROPÓNICA.” elaborado por los Sres.

GARCIA FLORES CLARA GABRIELA y ARTEAGA REYES CHRISTOPHER JORDY,

estudiantes no titulados de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales, Facultad de

Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del Título

de Ingenieros en Sistemas Computacionales, me permito declarar que luego de haber orientado,

estudiado y revisado, la apruebo en todas sus partes.

Atentamente,

Ing. Pedro García Arias, M. Sc.

TUTOR

IV

DEDICATORIA

A Dios más que todo que a pesar de los

obstáculos que se me han presentado, me he

encomendado en él y siempre me ha

escuchado ayudándome a no rendirme.

A mi madre y a mis hermanos que han sido el

motivo por el cual he podido avanzar y

durante estos 5 años, me han apoyado de todas

las maneras posibles en que la familia puede

ayudar.


A mis padres que han sido el apoyo

económico y moral en el transcurso de este

camino y a pesar de todo han estado siempre

presentes incluso en estos tiempos de

incertidumbre.

A mi abuelito que lamentablemente se me fue,

era quien casi siempre me recibía y me

despedía cuando tenía que retornar a mis

estudios.


V

AGRADECIMIENTO

Agradezco primeramente a Dios por darme esta

segunda oportunidad y poder concluir uno de

mis sueños, solo él y yo sabemos lo que he

sacrificado para poder cumplir esta gran meta.

A mi familia sobre todo a mi madre Aracely

Flores, que desde muy pequeña me aconsejaba

y me decía que todos somos dueños de nuestras

propias decisiones y cualquier camino que

decidamos seguir, ella nos apoyará hasta el

final. Gracias mamita por estar siempre

conmigo en las buenas y en las malas.

A mi novio y amigo Chris, que Dios lo puso en

este trayecto de mi vida y que de cierta manera

nos hemos brindado apoyo mutuo para no

desistir y lograr nuestros objetivos en el cual

deseo que esté presente en las futuras metas que

nos queda por cumplir.


VI

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN

Ing. Fausto Cabrera Montes, M.Sc.

DECANO DE LA FACULTAD

CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

Ing. Gary Reyes Zambrano, Mgs.

DIRECTOR DE LA CARRERA DE

INGENIERÍA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES

Ing. Pedro García Arias, M. Sc.

PROFESOR(A) TUTOR(A) DEL

PROYECTO

DE TITULACIÓN

Ing. Alfonso Aníbal Guijarro Rodríguez,

Mgs.

PROFESOR(A) REVISOR(A) DEL

PROYECTO

DE TITULACIÓN

Ab. Juan Chávez Atocha, Esp.

SECRETARIO

VII

DECLARACIÓN EXPRESA

“La responsabilidad del contenido de este Proyecto de

Titulación, nos corresponden exclusivamente; y el

patrimonio intelectual de la misma a la UNIVERSIDAD DE

GUAYAQUIL”.

GARCIA FLORES CLARA GABRIELA

ARTEAGA REYES CHRISTOPHER JORDY

VIII

CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR

Ingeniero

Fausto Cabrera Montes, M.Sc.

DECANO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

Presente.

A través de este medio indico a usted que procedo a realizar la entrega de la cesión de

derechos de autor en forma libre y voluntaria del trabajo de titulación “Diseño de prototipo de un

sistema automatizado en hidroponía para cultivos de lechuga, basado en los parámetros

químicos de la solución hidropónica.”, realizado como requisito previo para la obtención del

Título de Ingeniero(a) en Sistemas Computacionales de la Universidad de Guayaquil.

Guayaquil, 15 de octubre del 2020.

______________________________________


C.I. N° 0930999602

______________________________________


C.I. N° 2450000290

IX





DE LA SOLUCIÓN

HIDROPÓNICA



CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título de

INGENIERO(A) EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

Autor(es): Clara Gabriela García Flores

C.I. N° 0930999602


C.I. N° 2450000290

Tutor: Ing. Pedro García Arias, M. Sc

Guayaquil, Octubre del 2020

X

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor(a) del Proyecto de Titulación, nombrado por el Consejo Directivo de la

Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.

CERTIFICO:

Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por los estudiantes Garcia Flores

Clara Gabriela y Arteaga Reyes Christopher Jordy, como requisito previo para optar por el Título

de Ingeniero(a) en Sistemas Computacionales cuyo proyecto es:

DISEÑO DE PROTOTIPO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO EN

HIDROPONÍA PARA CULTIVOS DE LECHUGA, BASADO EN LOS PARÁMETROS

QUÍMICOS DE LA SOLUCIÓN HIDROPÓNICA

Considero aprobado el trabajo en su totalidad.

Presentado por:

García Flores Clara Gabriela Cédula de identidad N°0930999602

Arteaga Reyes Christopher Jordy Cédula de identidad N°2450000290

Tutor: ____________________________

Firma

Guayaquil, Octubre del 2020

XI




AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN DE PROYECTO DE TITULACIÓN EN FORMATO DIGITAL

1. Identificación del Proyecto de Titulación

Nombre del Estudiante: Christopher Jordy Arteaga Reyes

Dirección: Cdla Ietel Mz 21 Villa 6

Teléfono: 0989961713 Email: [email protected]

Nombre del Estudiante: Clara Gabriela García Flores

Dirección: Calle Tungurahua y Calle Hurtado

Teléfono: 0984393206 Email: [email protected]

Facultad: Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

Carrera: Ingeniería en Sistemas Computacionales

Proyecto de Titulación al que opta: Ingeniero en Sistemas Computacionales

Profesor(a) Tutor(a): Ing. Pedro García Arias, M. Sc

Título del Proyecto de Titulación: Diseño de prototipo de un sistema automatizado en hidroponía para cultivos

de lechuga, basado en los parámetros químicos de la solución hidropónica.

Palabras Claves: Hidroponía, calidad del agua, pH, lechuga, conductividad eléctrica, turbidez del agua,

temperatura

2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de Titulación

A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas

y Físicas a publicar la versión electrónica de este Proyecto de Titulación.

Publicación Electrónica:

Inmediata X Después de 1 año

Firma Estudiante:

García Flores Clara Gabriela Cédula de identidad N°0930999602

Arteaga Reyes Christopher Jordy Cédula de identidad N°2450000290

3. Forma de envío:

El texto del Proyecto de Titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .docx, .RTF o .Puf para PC. Las

imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.

DVDROM CDROM

mailto:[email protected]:[email protected]

XII

ÍNDICE GENERAL

FICHA DE REGISTRO DE TRABAJO DE TITULACIÓN ------------------------------------------ III

APROBACIÓN DEL TUTOR ----------------------------------------------------------------------------- III

DEDICATORIA ---------------------------------------------------------------------------------------------- IV

AGRADECIMIENTO ---------------------------------------------------------------------------------------- V

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN ---------------------------------------------------------- VI

DECLARACIÓN EXPRESA ----------------------------------------------------------------------------- VII

CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR ---------------------------------------------------------------- VIII

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR ----------------------------------------------------- X

AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN DE PROYECTO DE TITULACIÓN EN

FORMATO DIGITAL -------------------------------------------------------------------------------------- XI

ÍNDICE GENERAL ---------------------------------------------------------------------------------------- XII

ABREVIATURAS ---------------------------------------------------------------------------------------- XVI

SIMBOLOGÍA ------------------------------------------------------------------------------------------- XVII

ÍNDICE DE CUADROS ------------------------------------------------------------------------------- XVIII

ÍNDICE DE FIGURAS ---------------------------------------------------------------------------------- XXII

RESUMEN ----------------------------------------------------------------------------------------------- XXIV

ABSTRACT----------------------------------------------------------------------------------------------- XXV

INTRODUCCIÓN -------------------------------------------------------------------------------------------- 1

XIII

CAPÍTULO I --------------------------------------------------------------------------------------------------- 2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ------------------------------------------------------------------ 2

DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN PROBLEMÁTICA -------------------------------------------- 2

Ubicación del problema en un contexto -------------------------------------------------------------------- 2

Situación conflicto nudos críticos --------------------------------------------------------------------------- 2

Delimitación del problema ----------------------------------------------------------------------------------- 3

Evaluación del Problema ------------------------------------------------------------------------------------- 4

CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA --------------------------------------------------- 6

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA --------------------------------------------------------------------- 7

OBJETIVOS DEL PROYECTO ---------------------------------------------------------------------------- 7

Objetivo general ----------------------------------------------------------------------------------------------- 7

Objetivos específicos ----------------------------------------------------------------------------------------- 7

ALCANCE DEL PROBLEMA ----------------------------------------------------------------------------- 8

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA --------------------------------------------------------------------- 8

LIMITACIONES DEL ESTUDIO ------------------------------------------------------------------------- 9

CAPÍTULO II ------------------------------------------------------------------------------------------------- 10

MARCO TEÓRICO ----------------------------------------------------------------------------------------- 10

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO ---------------------------------------------------------------------- 10

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ------------------------------------------------------------------------ 12

Tipos De Cultivos -------------------------------------------------------------------------------------------- 12

1. El Mulching .............................................................................................................................. 12

2. La Rotación De Cultivos ........................................................................................................... 13

3. Asociaciones De Cultivos ......................................................................................................... 13

4. El Uso De Abonos Orgánicos O Naturales ............................................................................... 13

6. Hidroponía ................................................................................................................................ 14

XIV

Técnicas Hidropónicas -------------------------------------------------------------------------------------- 14

Técnicas Recirculante ................................................................................................................... 15

Técnicas Estacionarias o de Raíz Flotante .................................................................................... 16

Técnicas Aéreas o Aeropónica...................................................................................................... 16

Técnicas de Sustratos (Orgánicos o Inorgánicos) ......................................................................... 17

Parámetros del Agua ----------------------------------------------------------------------------------------- 18

Importancia del pH en hidroponía ................................................................................................ 18

Importancia ................................................................................................................................... 20

Arduino -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 20

Arduino Uno ................................................................................................................................. 21

Arduino Nano................................................................................................................................ 22

Arduino MEGA ............................................................................................................................ 23

Sensor de Potencial de Hidrogeno (pH) ------------------------------------------------------------------- 25

Sensor De Turbidez ------------------------------------------------------------------------------------------ 26

Sensor Temperatura DS18B20 ----------------------------------------------------------------------------- 28

Sensor de conductividad eléctrica-------------------------------------------------------------------------- 29

Ubidots --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31

PREGUNTAS CIENTÍFICAS A CONTESTARSE ---------------------------------------------------- 31

DEFINICIONES CONCEPTUALES --------------------------------------------------------------------- 32

CAPÍTULO III ------------------------------------------------------------------------------------------------ 36

PROPUESTA TECNOLÓGICA --------------------------------------------------------------------------- 36

ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD -------------------------------------------------------------------------- 36

Factibilidad operacional ------------------------------------------------------------------------------------- 36

Factibilidad técnica------------------------------------------------------------------------------------------- 38

Factibilidad legal --------------------------------------------------------------------------------------------- 39

Factibilidad económica -------------------------------------------------------------------------------------- 39

METODOLOGÍAS DEL PROYECTO ------------------------------------------------------------------- 41

Metodología de investigación ------------------------------------------------------------------------------ 41

XV

Procesamiento y análisis ............................................................................................................... 43

Metodología de desarrollo del proyecto ------------------------------------------------------------------- 51

BENEFICIARIOS DIRECTOS E INDIRECTOS DEL PROYECTO ------------------------------- 52

ENTREGABLES DEL PROYECTO --------------------------------------------------------------------- 53

PROPUESTA ------------------------------------------------------------------------------------------------- 53

CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA ---------------------------------------------- 53

RESULTADOS ----------------------------------------------------------------------------------------------- 53

CRITERIO FUNCIONAL ---------------------------------------------------------------------------------- 55

CRITERIO OPERACIONAL ------------------------------------------------------------------------------ 60

RESULTADO FINAL --------------------------------------------------------------------------------------- 66

CAPÍTULO IV ----------------------------------------------------------------------------------------------- 67

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES --------------------------------------------------------- 67

CONCLUSIONES ------------------------------------------------------------------------------------------- 67

RECOMENDACIONES ------------------------------------------------------------------------------------ 68

TRABAJOS FUTUROS ------------------------------------------------------------------------------------ 68

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS -------------------------------------------------------------------- 70

BIBLIOGRAFÍA --------------------------------------------------------------------------------------------- 70

XVI

ABREVIATURAS

UG Universidad de Guayaquil

FCMF Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

CISC Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales

IoT Internet of Things

ntu Nephelometric Turbidity Unit

Ing. Ingeniero

M.Sc. Máster

SCRUM Metodología para el desarrollo de software

XVII

SIMBOLOGÍA

s Desviación estándar

e Error

E Espacio muestral

E(Y) Esperanza matemática de la v.a. y

s Estimador de la desviación estándar

e Exponencial

XVIII

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1

DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA ----------------------------------------------------------------------- 4

TABLA 2

MATRIZ DE CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA -------------------------------------- 6

TABLA 3

CARACTERÍSTICAS DEL ARDUINO NANO ----------------------------------------------------------- 23

TABLA 4

CARACTERÍSTICAS SENSOR DE POTENCIAL DE HIDRÓGENO -------------------------------- 25

TABLA 5

CARACTERÍSTICAS SENSOR DE TURBIDEZ --------------------------------------------------------- 27

TABLA 6

TECNOLOGÍAS NECESARIAS EN EL PROYECTO --------------------------------------------------- 39

TABLA 7

COSTOS POR RECURSOS HUMANOS EN EL PROYECTO ----------------------------------------- 40

TABLA 8

COSTOS DE INVERSIÓN EN HARDWARE EN EL PROYECTO ------------------------------------ 40

TABLA 9

COSTOS DE INVERSIÓN EN SOFTWARE EN EL PROYECTO ------------------------------------- 40

TABLA 10

RESUMEN DE COSTOS DE INVERSIÓN EN EL PROYECTO ----------------------------------- 41

TABLA 12

RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 1 ---------------------------------------------------------------- 43

XIX

TABLA 13


TABLA 14


TABLA 15


TABLA 16


TABLA 17


TABLA 18


TABLA 19


TABLA 20

TABLA DE ESTIMACIÓN DEL SPRINT N.º 1 ---------------------------------------------------------- 51

TABLA 22

TABLA DE ESTIMACIÓN DEL SPRINT N° 2 ----------------------------------------------------------- 51

TABLA 23


TABLA 24


TABLA 25

TABLA DE ESCALA DE EVALUACION DEL JUICIO DE EXPERTO ----------------------------- 54

TABLA 26

TABLA DE ESCALA DE VALORACION DEL JUICIO DE EXPERTO ----------------------------- 54

TABLA 27


XX

TABLA 28

RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 1 ------------------------------------------------------- 55

TABLA 29


TABLA 30


TABLA 31


TABLA 32

RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 3---------------------------------------------------- 57

TABLA 34


TABLA 34


TABLA 35


TABLA 36


TABLA 37

RESULTADO FINAL DEL CRITERIO DE FUNCIONALIDAD -------------------------------------- 59

TABLA 38


TABLA 39


TABLA 40


TABLA 41


XXI

TABLA 42


TABLA 43


TABLA 44


TABLA 45


TABLA 46


TABLA 47


XXII

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1

TÉCNICAS HIDROPÓNICAS ------------------------------------------------------------------------------ 14

FIGURA 2

TÉCNICAS RECIRCULANTE ------------------------------------------------------------------------------ 15

FIGURA 3 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 16

TÉCNICAS ESTACIONARIA ------------------------------------------------------------------------------- 16

FIGURA 4

TÉCNICAS ESTACIONARIA ------------------------------------------------------------------------------- 17

FIGURA 5

RANGO DE PH ----------------------------------------------------------------------------------------------- 19

FIGURA 6

ARDUINO UNO ---------------------------------------------------------------------------------------------- 21

FIGURA 7

ARDUINO NANO -------------------------------------------------------------------------------------------- 22

FIGURA 8

ARDUINO MEGA -------------------------------------------------------------------------------------------- 24

FIGURA 9

SENSOR DE PH ---------------------------------------------------------------------------------------------- 25

FIGURA 10

SENSOR DE TURBIDEZ------------------------------------------------------------------------------------ 26

FIGURA 11

SENSOR TEMPERATURA DS18B20 --------------------------------------------------------------------- 28

FIGURA 12

SENSOR DE CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA --------------------------------------------------------- 29

FIGURA 13

UBIDOTS ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 31

XXIII

FIGURA 14

PROCESO ACTUAL ----------------------------------------------------------------------------------------- 37

FIGURA 15

PROCESO EN BASE AL PROYECTO -------------------------------------------------------------------- 38

FIGURA 16


FIGURA 17


FIGURA 18


FIGURA 19


FIGURA 20


FIGURA 21


FIGURA 22


FIGURA 23


TABLA 20


TABLA 21


FIGURA N. 24

EVALUACIÓN FINAL DEL CRITERIO DE FUNCIONALIDAD ------------------------------------ 60

FIGURA N. 25

EVALUACIÓN FINAL DEL CRITERIO OPERACIONAL --------------------------------------------- 66

XXIV








DE LA SOLUCIÓN

HIDROPÓNICA

Autor(a)(es): Clara Gabriela García Flores

C.I. N° 0930999602


C.I. N° 2450000290

Tutor(a): Ing. Pedro García Arias, M. Sc

RESUMEN

El presente proyecto prioriza como objetivo diseñar un sistema automatizado en hidroponía para

el cultivo de lechuga (Lactuca sativa.) que permita identificar los parámetros físicos y químicos de

la solución hidropónica, monitoreados mediante los sensores de turbidez, conductividad eléctrica,

pH y temperatura. Este sistema automatizado está compuesto por datos que son recolectados

mediante el arduino Mega, misma información es receptada por los sensores especializados

mencionados inicialmente que al mismo tiempo son enviados a la plataforma de Ubidots,

permitiendo que los usuarios realicen consultas en tiempo real de los parámetros censados que son

reflejados desde una interfaz gráfica que puede ser visualizada desde un computador o

smartphones Android e Ios. El sistema desarrollado ofrece una herramienta tecnológica para el

monitoreo eficiente de parámetros que permita tomar mejores decisiones a los productores de

lechuga para lograr una mayor productividad y mejora en la calidad del producto final.

Palabras clave: Hidroponía, Calidad del agua, pH, Lechuga, Conductividad eléctrica, Turbidez

del agua, Temperatura.

XXV




PROTOTYPE DESIGN OF AN AUTOMATED SYSTEM

IN HYDROPONY FOR CROPS OF

LETTUCE, BASED ON

CHEMICAL PARAMETERS

OF THE SOLUTION

HYDROPONICS

Authors: Clara Gabriela García Flores

C.I. N° 0930999602


C.I. N° 2450000290

Tutor: Ing. Pedro García Arias, M. Sc

ABSTRACT

The present project prioritizes the design of an automated hydroponic system for growing lettuce

(Lactuca sativa.) That allows the physical and chemical parameters of the hydroponic solution to

be identified, monitored by means of turbidity, electrical conductivity, pH and temperature

sensors. This automated system is composed of data that is collected through the arduino Mega,

the same information is received by the specialized sensors mentioned initially, which at the same

time are sent to the Ubidots platform, allowing users to make real-time queries of the registered

parameters. that are reflected from a graphical interface that can be viewed from a computer or

Android and Ios smartphones. The developed system offers a technological tool for the efficient

monitoring of parameters that allows lettuce producers to make better decisions to achieve greater

productivity and improvement in the quality of the final product.

Keywords: Hydroponics, Water quality, pH, Lettuce, Electrical conductivity, Water turbidity,

Temperature

1

INTRODUCCIÓN

La agricultura es una actividad de gran importancia en el país debido que gran parte del

suelo ecuatoriano está destinado a esta actividad, esto provoca que el suelo tenga una disminución

en el rendimiento agrícola. (Rodríguez & Moran, 2016)

Los cultivos de ciclo corto, así como cualquier otra planta necesitan de nutrientes que son

esenciales para su desarrollo y que estos satisfagan así a la población. La aplicación de nutrientes

de manera excesiva en el suelo o el mal manejo de este puede ocasionar un impacto negativo en el

medio ambiente, en especial si se trata de grandes cantidades de nutrientes que puede perderse en

el sistema Suelo/Cultivo. (Rodriguez Litardo, 2016)

La agricultura intensiva requiere un mayor flujo de los nutrientes para los cultivos, esto

provoca que la capa fértil de los suelos posea un agotamiento, esto es una realidad que está presente

los varios países que se encuentran en vía de desarrollo, además de ser una causa oculta para la

degradación del suelo. (Rodriguez Litardo, 2016)

Por lo que se considera como una opción para el cultivo tradicional la aplicación de una

técnica diferente como lo es la hidroponía, con la cual se puede aprovechar sitios poco

convencionales para realizar esta actividad

2

CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Descripción de la situación problemática

Ubicación del problema en un contexto

El cultivo hidropónico incursiono en el Ecuador desde finales del siglo XX, en el mundo

entero cada vez más personas están reconociendo como un riesgo la contaminación ambiental la

cual causa un efecto nocivo en el planeta, esta contaminación está determinada por varios factores,

uno de los más importantes se da en la producción agrícola ya que cerca del 99% de alimentos en

el mundo se derivan de la agricultura la cual abarca acerca del 50-70% de las tierras globales

ejerciendo un impacto sobre el planeta.

La demanda de productos hortícolas inocuos y de bajo costo alienta al estudio de sistemas

más productivos, pero en pequeña escala. Uno de los productos hortícolas de creciente demanda

interna es la lechuga (Lactuca sativa L.) cuya producción en invernadero podría satisfacer las

necesidades de inocuidad, productividad y rentabilidad que hagan más atractiva esta actividad.

(Guamán 2014)

Situación conflicto nudos críticos

En el Ecuador cada época invernal el sector de la agricultura se ve afectado por lluvias

acaudaladas, teniendo un impacto directo en los cultivos, provocando la pérdida total o parcial del

cultivo.

Terminada la época invernal pueden darse los siguientes inconvenientes para las personas

que se dedican a la agricultura como lo es un suelo no apto para la actividad agrícola y esto ser

3

ovacionado a que el territorio destinado para esta actividad está contaminado con químicos, otro

factor podría ser la pérdida de nutrientes necesarios para que se pueda realizar los cultivos, la

sequía podría ser un elemento que afectaría de manera negativa a los sembríos ya que si bien la

lluvia en exceso afecta de mala manera, el hecho que se produzca la escasez también perjudica el

crecimiento y mantenimiento del cultivo realizado por los agricultores.

La mayoría de los cultivos en hidroponía para ciclo corto como lo es la lechuga no están

automatizados, aunque existen algunos proyectos de titulación que se enmarcan en el diseño con

Arduino de controles automatizados que permiten monitorear aspectos o variables a controlar

dentro de los invernaderos tales como temperatura, humedad relativa, incidencia de la luz solar y

pH de la solución.

Sin embargo, la solución química y el contenido de sales minerales para la producción de

cultivos en hidroponía ha sido poco estudiada y posee un alto impacto en los rendimientos de estos

cultivos.

Por lo que se hace necesario el estudio y control pormenorizado del contenido de sales

minerales disueltas en agua en los sistemas hidropónicos en el Ecuador

Delimitación del problema

La investigación y desarrollo de este proyecto basado en la problemática descrita

anteriormente, está orientado en el análisis de los parámetros químicos de la solución hidropónica

del vegetal de cosecha de ciclo corto, en este caso se evaluará a la lechuga.

4

Tabla 1

Delimitación del Problema

Delimitador Descripción

Campo Tecnología

Área Tecnología de la Información

Aspecto Diseño y elaboración de un prototipo

Tema

Diseño de prototipo de un sistema automatizado en hidroponía para

cultivos de lechuga, basado en los parámetros químicos de la solución

hidropónica. Nota: En esta tabla se presentan los términos utilizados para delimitar el problema en concordancia con la

investigación previa y el contexto del problema encontrado.

Evaluación del Problema

• Delimitado: Con el aumento de la población en la ciudad de Guayaquil, se incrementan

también los cultivos hidropónicos, al igual que la producción de los alimentos. Por

ende, el sistema de cultivo necesita ser mucho más automatizado en la cual de todos los

factores que influyen es muy importante controlar la calidad de agua ya que no es

medido de forma automática y tiempo real sin al no contar con un medio tecnológico

que facilite los indicadores de los parámetros de la solución hidropónica de los cultivos.

• Claro: Los problemas más recurrentes de los cultivos hidropónicos, es el control que

debe tener el agricultor o encargado, ya que él es responsable de tener vigilado el

proceso del cultivo de las plantas, también adecuar la temperatura y pH del agua para

el cultivo, ya que la calidad del agua y la oxigenación influyen en el crecimiento del

vegetal de forma óptima. Además, es necesario verificar frecuentemente los nutrientes

para que el cultivo este siempre en buen estado.

• Evidente: Con la propuesta actual se tiene previsto facilitar a las personas que se

dedican o poseen un cultivo hidropónico a detectar cuando el agua utilizada este

perdiendo sus nutrientes, en cultivos hidropónicos por lo general se ha automatizado

5

ciertos procesos en cuanto al funcionamiento y se descuidado un poco en el elemento

principal.

• Relevante: La propuesta del control de la calidad del es importante para las personas

que se dediquen a esta actividad en específico debido a que así podrán tener un mayor

control en sus cultivos y evitar que por algún factor químico en el agua lo pueda

perjudicar.

Los sistemas hidropónicos son actualmente un tema de mucho interés por ser tan

importante para el cultivo de los alimentos, lo cual es esencial para la vida del ser

humano. Estos sistemas no utilizan tierra, las plantas se alimentan por medio de

nutrientes que son disueltos en el agua lo cual constituye la solución nutritiva. Existen

diferentes tipos sistemas hidropónicos, los sistemas de raíz flotante, Técnica de película

nutritiva (NFT), técnica de película profunda (Deep flow technic) entre otros. (Conde

Pérez, 2017)

• Original: Debido al poco estudio que se ha dedicado a la calidad del agua que recorre

el cultivo hidropónico, con el proyecto propuesto se tiene previsto que se dé un

mejoramiento a este aspecto porque gracias a esto se podría dar un control y poder así

tener buenos resultados en un producto final.

• Factible: La factibilidad de este proyecto contempla desde una investigación técnica

hasta un estudio de mercado para el diseño y desarrollo del prototipo que permitirá una

visualización de la calidad del agua, bajo parámetros químicos, que facilitará el control

de cultivos que se encuentren bajo la técnica de la hidroponía. Para de esta manera

cumplir con los objetivos del proyecto, además de considerar información química

sobre la calidad de agua y los correctos parámetros para poder mantener de manera

6

correcta un cultivo basado en hidroponía, respetando las etapas de investigación y

desarrollo del proyecto, sumando a esto una encuesta para poder evaluar el potencial

que podría tener el proyecto en el mercado.

• Identifica los productos esperados: La hidroponía es una alternativa amigable al

medio ambiente ya que se da un mejor uso al agua, porque no se desperdicia y es

circulante en todo el cultivo y una vez que con el proyecto propuesto detectemos que

está perdiendo nutrientes, esta puede ser utilizado para otra actividad o rociar sobre un

cultivo tradicional.

• Variables independientes: Sensores de pH, conductividad eléctrica, soluciones

hidropónicas y temperatura del agua.

• Variables dependientes: Automatización y control del sistema hidropónico a través

de los valores generados por los sensores.

Causas y consecuencias del problema

Tabla 2

Matriz de causas y consecuencias del problema

Causas Consecuencias

C1. Falta de control en procesos

E1. Pérdida total o parcial de cultivo

C2. Descuido en el mantenimiento del cultivo.

C3. Falta de control en el cuidado del agua. E3. Perdida de nutrientes que impide un buen

crecimiento del cultivo

C4. Tenencia irresponsable en el cuidado del

cultivo.

C5. Uso excesivo de nutrientes. E5. Provoca que el cultivo sea susceptible a

enfermedades. Nota: La tabla fue elaborada en base a la información obtenida en la investigación realizada alrededor de la

problemática a resolver dentro del presente proyecto, para lo cual se utilizó la Metodología de Marco Lógico.

7

Formulación del problema

¿Cuál es la mejora del estudio sobre los sistemas automatizados hidropónicos que se dedican

a la calidad del agua en el cultivo de lechugas (Lactuca sativa L) en la ciudad de Guayaquil?

Objetivos del proyecto

Objetivo general

Diseñar un prototipo de sistema automatizado que cuente con un Arduino como

microcontrolador, encargado de monitorizar y controlar la información recibida mediante

sensores, para el mantenimiento del agua que recorre el cultivo.

Objetivos específicos

● Diseñar un prototipo de sistema automatizado para cultivos basados en hidroponía

que permita monitorear mediante sensores especializados los cambios que puede presentar el agua.

● Programar al microcontrolador Arduino para receptar los datos tomados sobre la

calidad del agua obtenidos de los sensores especializados que son enviados a la plataforma IoT

(Ubidots), mediante internet utilizando red Wi-Fi.

8

● Implementar Figuras de visualización mediante el uso de la plataforma IoT

(Ubidots) para monitorizar las condiciones del agua que facilite al agricultor controlar los

parámetros químicos de la solución hidropónica.

Alcance del problema

El diseño y desarrollo del prototipo propuesto está conformado por varias etapas como:

investigación, diseño, desarrollo del prototipo para el monitoreo de los parámetros químicos de

las soluciones hidropónicas.

Este prototipo prestara ayuda al monitoreo de la calidad de agua que circula en los cultivos

basados en hidroponía, dando lectura de los datos obtenidos por medio de una plataforma IoT

conocida como Ubidots compatible con dispositivos móviles. Permitiendo visualizar estadísticas

que concederán a los usuarios evaluar las condiciones en la que se encuentra el cultivo.

El presente recolectara datos mediante los sensores especializados que posteriormente será

enviado a la plataforma escogida utilizando una red WiFi, la información recolectada podrá ser

visible desde un dispositivo móvil, así como desde un computador que tenga acceso a internet.

Justificación e importancia

El cultivo de lechugas es una actividad agrícola que aporta un fuerte impacto económico

debido a que el consumo de esta se está orientando al segmento de un mercado gourmet. En la

actualidad las innovaciones tecnológicas dedicadas al mejoramiento de diferentes aspectos para

tener en cuenta de un cultivo tradicional como automatización en los riegos monitoreo de lo

9

mismo vía internet, permitiendo a los productores la toma de decisiones en base al análisis de los

datos obtenidos.

Por otra parte, los cultivos hidropónicos tienen innovaciones tecnológicas con respecto a

la automatización en control de flujo del agua que recorre el cultivo, siendo así que un aspecto

importante como lo son las soluciones químicas y las sales minerales que se utilizan en estos

carecen de un sistema que permita tener un control.

El control que se obtendría al poder monitorizar la solución hidroponía permitirá al

agricultor establecer cuáles son las condiciones óptimas para un buen cultivo, y el impacto directo

que tendría en el cultivo.

Limitaciones del estudio

En la actualidad por problemas de distanciamiento se tiene una limitante en recolección de

información debido a que no se tendría total facilidad para tener un dato directo de las personas

que llevan a cabo este tipo de actividad.

Debido al tiempo limitado de desarrollo del proyecto se tendría que limitar al estudio de

ciertos parámetros químicos y el impacto que tiene dentro de un cultivo.

10

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

Antecedentes del estudio

En Ecuador una de las actividades que tienen una importancia elevada es la agricultura,

debido a que es un área de desenvolvimiento económico para las personas. Al ser la agricultura

una actividad al que suelen dedicarse familias enteras se debe familiarizar con avances que han

transcurrido con el pasar de los años. Dado que existen técnicas primitivas de cultivos y aquellas

que son automatizadas, las cuales son destacadas por su forma de aprovechar de manera eficiente

los recursos.

En los países de bajos recursos, la agricultura puso en evidencia que: la implementación

adecuada del agua, sin desperdiciarla se obtuvo un menor uso de los plaguicidas, lo que significó

un rendimiento del 79% en los cultivos. (Salinas Arcos, 2019)

En la Costa ecuatoriana se observa una abundante vegetación, lo que denota que el suelo es

apto para realizar los cultivos. La Costa aporta un 89% en la agricultura, la Sierra aporta con el

10% y la amazonia con 1%.

Debido a corrientes marinas existen zonas que no son aptas para realizar esta actividad.

(Flores & Castro, 2017)

11

Debido a estas situaciones una de las opciones que se tiene para llevar acabo un cultivo sin

riesgos que pueda ser afectado por el clima es la técnica hidropónica. Debido a que esta técnica es

más controlada ya que uno de los factores más importantes para esta es el agua se destina un

estudio para poder dar un avance tecnológico que permita tener una visualización monitoreada del

elemento más importante en esta técnica.

En estudios realizados en proyectos anteriores que se asemejan al fin investigativo y de

implementación de este proyecto es sobre un pequeño invernadero ensamblado, en la cual nos

guían en los respectivos manejos de los tratamientos ya que estuvieron representados por tres

concentraciones nutritivas que se distribuyeron en el invernadero según el diseño completamente

al azar con 3 repeticiones.

Cada unidad experimental estuvo conformada por 16 plantas. Para evaluar el efecto de las

soluciones nutritivas se registraron datos de las siguientes variables: número de plantas que no

sobrevivieron al trasplante, tasa de crecimiento radicular (cm/semana), longitud radicular a la

cosecha (cm), número de hojas sanas a la cosecha, número total de hojas producidas (incluidas

sanas y enfermas), longitud de hojas a la cosecha (cm), peso de raíz fresca (gramos), peso de raíz

seca (gramos), peso de planta a la cosecha (gramos) y análisis económico cuya variable obtuvo

mayor respuesta al tratamiento obteniendo ingresos brutos favorables y la relación beneficio costo

mostró que las ganancias por cada dólar invertido es de $ 0,34. Los resultados de las variables en

evaluación revelaron que el crecimiento de la lechuga fue el mismo con cualquier concentración

nutritiva, sin embargo se presentaron diferencias en variables como tasa de crecimiento radicular

(cm/semana) con 1,37 cm el cual fue superior a los demás tratamientos que presentaron

crecimiento de 0,97 a 1,10 cm por semana. La ausencia de diferencia estadística entre tratamientos

12

indica que la solución más diluida en este caso la (Concentración estándar), es suficiente para

intentar el cultivo de lechuga hidropónica.

Adicional una de las sugerencias que recomienda en este proyecto es la necesidad de un

control minucioso de la temperatura y humedad ambiental en el invernadero, pues la lechuga es

bastante sensible a la variación extrema de estos parámetros como pudo constatarse en el estudio.

(Choez Morales, 2019)

Con los diferentes estudios que se pueden realizar a los cultivos hidropónicos existen aquello

que se dedican directamente a ver los efectos que produce tener un pH o muy bajo o demasiado

elevado, siendo así que como resultado de estos estudios se verifico que dentro de un cultivo de

hidroponía a través del tiempo puede tener variaciones en disminución de 0.58 pH hasta un

aumento de 1.58 pH, lo que pude llevar a tener efectos negativos dentro del cultivo. (Saaid &

Sanuddin, 2015)

Fundamentación teórica

Para la realizar un cultivo de cualquier tipo se deben considerar diferentes tipos de técnicas

para poder mantener un cultivo, para esto se tendrá en cuenta que para el cultivo de las plantas se

necesita abastecer el cultivo de agua.

Existen diferentes tipos de técnicas para el cultico, todos los tipos tienen como finalidad

dar el ambiente propicio para realizar un cultivo, entre las técnicas que existen son:

Tipos De Cultivos

1. El Mulching

Esta técnica también conocida como acolchado consiste en utilizar diferentes materiales

como la cascara de arroz, paja, papel o plástico, con el fin de cubrir el suelo para proteger el cultivo

13

de ciertos agentes atmosféricos que puedan perjudicar el sembradío y puedan acelerar el ciclo de

producción. (Tovar, 2018)

El mulching utiliza sustancias naturales con el fin de que el suelo pueda retener la humedad,

por lo que es importante escoger los materiales de forma correcta, y evitar la pérdida de oxígeno

porque podría afectar el desarrollo de las raíces. (Beltrano & Gimenez, 2015)

2. La Rotación De Cultivos

La rotación de cultivos es una de las metodologías de cultivos más utilizadas en la

actualidad. Tiene como objetivo mantener en equilibrio los cultivos, lo que permite una variedad

de productos y a su vez conservar la calidad del suelo. Para esto se alternarán entre los cultivos

según las necesidades nutricionales.

3. Asociaciones De Cultivos

Esta metodología es relacionada con la rotación de cultivos, con la diferencia que se

cultivan 2 plantas que tengas necesidades nutricionales diferentes. Se debe evitar cultivar a la vez

dos plantas del mismo tipo dos hojas, dos raíces, etc. Esto permite el correcto desarrollo de las

plantas, teniendo como resultado una reducción de plaga y enfermedades, y evitan la aparición de

las malas hierbas.

4. El Uso De Abonos Orgánicos O Naturales

El beneficio que da el abono a los cultivos obtiene más nutrientes, pero es importante

abonos orgánicos como los que obtenemos fruto de la descomposición de algunos cultivos. Estos

abonos no solo benefician a la planta, también tienen una serie de efectos muy positivos para el

suelo como un aumento del nitrógeno y su equilibrio con el carbono, la porosidad lo que también

14

mejora la humedad y estimula el crecimiento de los microorganismos beneficiosos para el suelo.

También nos permiten protegerlo de la erosión, y lo más importante, sin el uso de químicos.

5. Hidroponía

Método utilizado para realizar cultivos utilizando soluciones minerales o nutritivas en lugar

del suelo agrícola. Las raíces reciben una solución nutritiva y equilibrada disuelta en agua con los

elementos químicos esenciales para el desarrollo de las plantas, que pueden crecer en una solución

acuosa únicamente, o bien en un medio inerte, como arena lavada, grava o perlita, entre muchas

otras. (Beltrano & Gimenez, 2015)

Técnicas Hidropónicas

Las técnicas hidropónicas están diseñadas para sustituir al suelo atendiendo la forma,

tamaño y desarrollo de la planta sin perder de vista los procesos fisiológicos de esta.

Figura 1

Técnicas Hidropónicas

Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación

Tecnicas Hidropónicas

Tecnicas Estacionarias

Raiz Flotante

Tecnicas Hidropónicas

Tecnica de Pelicula Nutritiva

Tecnica De Flujo Profundo

Aecnicas Aereas Spray

Tecnicas De Sustrato

Inorganicos

Organicos

15

Técnicas Recirculante

Esta técnica versátil utiliza canales, colocados en un ligero ángulo con la finalidad que sea

utilizado como drenaje y con un chorro de agua muy poco profundo hacia las raíces. Se puede

realizar con temporizador o con flujo continuo. La solución se mantiene en el punto más bajo en

un depósito que contiene una bomba sumergible y generalmente piedras de aire para niveles

óptimos de oxígeno disuelto y prevención de estancamiento. (Yuvaraj & Subramanian, 2020)

Esta técnica se caracteriza porque en el cultivo tiene una circulación continua la solución

hidropónica mediante los canales o guías en los que se mantiene el cultivo.

Tiene las siguientes características

• Reduce el uso del agua y de fertilizantes

• Reducción en personal o menor porcentaje de mano de obra

• Se reduce los tiempos normales del cultivo

• Mejor calidad del producto (Mendoza, 2017)

Figura 2

Técnicas Recirculante


16

Técnicas Estacionarias o de Raíz Flotante

La técnica de raíz flotante aplicado a la producción de lechugas consiste en que sus raíces

estén inmersas en una solución hidropónica, consiste en tener las plantas en una superficie sobre

la solución hidropónica en la que esta cumple la función de soporte para que la raíz pueda estar

sumergida en la solución. La técnica descrita es usualmente muy utilizada en países

latinoamericanos. (Maita, 2018).

Figura 3

Técnicas Estacionaria


17

Técnicas Aéreas o Aeropónica

La aeropónica es un método en el que no se utiliza el suelo para llevar a cabo un cultivo es

un método derivado de la hidroponía, esta se desarrolla en estructuras verticales las que les dan

una libertad a las raíces para desarrollarse en conjunto con la solución nutritiva. (Barzola, 2019)

La solución nutritiva se aplica en forma de nebulización por medio de nebulizadores,

controlados por temporizadores. (Beltrano & Gimenez, 2015)

Figura 4

Técnicas Estacionaria


Técnicas de Sustratos (Orgánicos o Inorgánicos)

Se parece en muchos aspectos al cultivo convencional en tierra y es el más recomendado

para quienes se inician en la hidroponía. En lugar de tierra se emplea algún material denominado

sustrato, el cual no contiene nutrientes y se utiliza como un medio de sostén para las plantas,

permitiendo que estas tengan suficiente humedad, y también la expansión del bulbo, tubérculo o

raíz. (Beltrano & Gimenez, 2015)

18

Parámetros del Agua

La tecnología empleada dará lectura de los siguientes parámetros

pH

El término pH que indica la concentración de iones hidrógeno en una disolución. Se

trata de una medida de la acidez de la disolución. El pH también se expresa a menudo en términos

de concentración de iones hidronio.

Importancia del pH en hidroponía

El pH es un factor que puede influir en las raíces y el desarrollo del cual lo puede facilitar

o puede presentar dificultades, debido a que la raíz en su proceso natural de absorber nutrientes se

debe tener en cuenta este factor.

El pH es lo que nos indica la acidez de la solución hidropónica. Para que una planta tenga

un crecimiento favorable el cultivo debe cuidar que el nivel de pH en el agua. (Merino & Silva,

2017)

19

Figura 5

Rango de pH


Humedad Relativa

La humedad relativa es uno de los parámetros que resulta importante para el crecimiento

de un cultivo. La temperatura adecuada para un buen desarrollo de un cultivo de lechugas es 18ºC,

pero puede darse una variación desde 7 a 24ºC. La humedad relativa en el aire óptima para la

lechuga varía entre 60 y 80%. (Salusso & Plevich, 2017)

La Humedad relativa nos permite conocer el porcentaje de agua que existe en el aire, el

principio básico de este factor es que mientras la temperatura sea más elevada la humedad relativa

será baja. (Merino & Silva, 2017)

20

Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica (CE) puede ser definida como la concentración de sales

disueltas en el agua, que permiten evaluar la capacidad que posee esta para la conducción de una

corriente eléctrica, esto se suele expresar en la medida ms/cm.

Parta un cultivo hidropónico es necesario tener un control debido que con esto puede

garantizar que el cultivo pueda absorber los nutrientes que se encuentra en la solución hidropónica.

Importancia Conductividad eléctrica en hidroponía

Es importante tener un rango establecido de electro conductividad debido a que con niveles

muy altos en el cultivo podría presentarse una intoxicación y con valores muy bajos no se daría

una absorción optima de los nutrientes lo que llevaría a perder el cultivo. (Merino & Silva, 2017)

Arduino

Arduino es un hardware con un software de código abierto de fácil uso. Las placas Arduino

están diseñadas con entradas para captar señales como sonidos temperaturas incluso pulsaciones

mediante sensores, también posee salidas, pudiendo estas ser utilizadas para activación de motores

o encender alguna luminaria incluso tiene la capacidad de realizar publicaciones en línea.

(Arduino,2018)

21

Arduino Uno

Figura 6

Arduino Uno


Arduino tiene una variedad de placas entre las cuales se encuentra Arduino Uno la que

mediante el lenguaje de programación y el software Arduino IDE puede realizar diferentes

acciones. (Arduino, 2018)

Arduino Uno es una placa de microcontrolador de código abierto basada en el

microcontrolador Microchip ATmega328P y desarrollado por Arduino. La placa está equipada con

conjuntos de pines de IN/OUT digitales y analógicas que permite conectarse con otros

componentes como pantallas, sensores y otros circuitos. La placa tiene 14 pines digitales de E /

seis capaces de PWM de salida, 6 E / S analógica pines, y es programable con el IDE Arduino, a

22

través de un tipo B cable USB. Puede ser alimentado por el cable USB o por una batería externa

de 9 voltios, aunque acepta voltajes entre 7 y 20 voltios. (Lahfaoui & Zouggar, 2017)

Arduino Nano

Figura 7

Arduino Nano


El Arduino Nano es una placa pequeña, completa y compatible con placas de pruebas

basada en el ATmega328P. Ofrece la misma conectividad y especificaciones de la placa Arduino

Uno en un factor de forma más pequeño. El Arduino Nano se programa utilizando el entorno de

desarrollo integrado (IDE) del software Arduino, que es común a todas las placas Arduino y se

ejecuta tanto en línea como fuera de línea.

23

TABLA 3

Características del Arduino Nano

Microcontrolador ATmega328

Arquitectura AVR

Tensión de funcionamiento 5 V

Memoria flash 32 KB de los cuales 2 KB utiliza el gestor de arranque

SRAM 2 KB

Velocidad de reloj 16 MHz

Pines analógicos IN 8

EEPROM 1 KB

Corriente CC por pines de E / S 40 mA (pines de E / S)

Voltaje de entrada 7-12 V

Pines de E / S digitales 22 (6 de los cuales son PWM)

Salida PWM 6

El consumo de energía 19 Ma

Tamaño de PCB 18 x 45 mm

Peso 7 g


24

Arduino MEGA

Figura 8

Arduino MEGA


La placa Arduino Mega 2560 se basa en un microcontrolador ATmega2560. Posee 54

Entrada/Salida digitales de las cuales 15 pueden ser utilizadas como salidas PWM, 16 entradas

analógicas, 4 UARTS, un cristal de 16Mhz, conexión USB, Jack para alimentación DC, conector

ICSP, y un botón de reinicio. La placa Mega 2560 es compatible con la mayoría de shields

compatibles para Arduino UNO.

25

Sensor de Potencial de Hidrogeno (pH)

Figura 9

Sensor de pH


El sensor de pH es un transductor que permite conocer los niveles de pH que posee una

solución, realizándolo atreves de un método electroquímico, utilizando una membrana de vidrio

Tabla 4

Características Sensor de Potencial de Hidrógeno

. Característica

Alimentación del módulo 5 V

Tamaño del circuito 43mm×32mm

Rango de medición de Ph 0-14

Precisión ± 0.1pH (25 ℃)

Tiempo de respuesta ≤ 1min

Conector tipo BNC Si


26

Sensor De Turbidez

Figura 10

Sensor de Turbidez


El sensor de turbidez mide los niveles de calidad al registrar los niveles de turbidez.

Utilizan luz para detectar las diferentes partículas suspendidas en el agua al medir las tasas de

dispersión y transmitancia, las cuales cambian con las diferentes cantidades totales de sólidos

suspendidos (TSS) en el agua. El factor TTS incrementará si aumentan los niveles de turbidez en

el líquido.

Los sensores de turbidez se utilizan para medir la calidad del agua en los ríos, arroyos,

aguas residuales y demás efluentes, instrumentación de control en soluciones de piscinas,

investigación en transporte de sedimentos y mediciones en laboratorio. Este sensor provee tanto

27

salidas análogas como salidas digitales. El nivel de comparación es ajustable cuando se utiliza la

modalidad de salida digital.

Tabla 5

Características Sensor de Turbidez

Voltaje de funcionamiento: 5V DC

Corriente de funcionamiento: 40mA (MAX)

Tiempo de respuesta:

28

Sensor Temperatura DS18B20

Figura 11

Sensor Temperatura Ds18b20


El DS18B20 es un sensor digital de temperatura que utiliza el protocolo 1-Wire para

comunicarse, este protocolo necesita solo un pin de datos para comunicarse y permite conectar

más de un sensor en el mismo bus.

El sensor DS18B20 es fabricado por Maxim Integrated, el encapsulado de fabrica es tipo

TO-92 similar al empleado en transistores pequeños. La presentación comercial más utilizada por

conveniencia y robustez es la del sensor dentro de un tubo de acero inoxidable resistente al agua,

con el que trabajemos este tutorial. (Rasid & Marzuki, 2017)

Características del sensor DS18B20:

Rango de temperatura: -55 a 125°C

29

Resolución: de 9 a 12 bits (configurable)

Interfaz 1-Wire (Puede funcionar con un solo pin)

Identificador interno único de 64 bits

Multiples sensores puede compartir el mismo pin

Precisión: ±0.5°C (de -10°C a +85°C)

Tiempo de captura inferior a 750ms

Alimentación: 3.0V a 5.5V

Sensor de conductividad eléctrica

Figura 12

Sensor de Conductividad Eléctrica


30

Un Sensor de conductividad eléctrica mide la cantidad de corriente eléctrica que un

material puede transportar. Por ejemplo, la salinidad de los suelos, sistemas de agua de riego o

soluciones de fertilizantes es un parámetro importante que afecta el medio ambiente. Para estos

casos, cualquiera de estos factores puede tener un efecto significativo en el crecimiento de una

planta y su calidad. También niveles bajos en sal podrían dar lugar a deficiencias nutricionales. La

conductividad del agua puede reflejar el nivel de electrolitos presentes en el agua. Dependiendo

de la concentración de dicho elemento. La conductividad de la solución acuosa es diferente. Este

sensor puede incluir frascos de solución para la calibración. Está diseñado especialmente para los

controladores de Arduino y se ha incorporado en características simples, convenientes y prácticos.

ESPECIFICACIONES

Voltaje de funcionamiento: 5.00 V.

Rango de medición: 1 ms / cm - 20 ms / cm.

Temperatura de funcionamiento: 5-40℃.

Precisión:

31

Ubidots

Figura 13

Ubidots


Ubidots permite el almacenar información inviada por los sensores además de permitir la

visualización en tiempo real mediante una página web. Permite realizar alertas E-mail o SMS.

(Ubidots, 2020)

PREGUNTAS CIENTÍFICAS A CONTESTARSE

¿Considera usted que el sistema automatizado en hidroponía beneficie al agricultor a

monitorear los parámetros químicos de la solución hidropónica en el cultivo de la lechuga?

32

Definiciones conceptuales

Sistema

Se define sistema como el conjunto de varias unidades relacionadas recíprocamente, en

base a varios elementos interconectados entre sí, es decir es una totalidad organizada que no se

puede definir por separado ya que su relación está acoplada. (Zoe, 2016)

Tecnología de la Información y Comunicación

Considerando varios análisis a la definición de los TIC, se concuerda en que las TIC son:

“el conjunto de herramientas, soportes y canales para el proceso y acceso a la información, que

forman nuevos modelos de expresión, nuevas formas de acceso y recreación cultural”, conociendo

estas herramientas como todos los accesorios e instrumentos a utilizar en el proceso que toma tanto

docente como estudiante a la hora de adquirir los conocimientos formando así nuevas y llamativas

formas de acceso a la información. (Cruz & Pozo, 2019)

Sustratos

Un sustrato es todo material sólido distinto del suelo, natural, de síntesis o residual, mineral

u orgánico, que, colocado en un contenedor, en forma pura o en mezcla, permite el anclaje del

sistema radicular de la planta, desempeñando, por tanto, un papel de soporte para la planta. El

sustrato puede intervenir o no en el complejo proceso de la nutrición mineral de la planta.

33

Prototipo

Un prototipo es la forma de validar rápidamente un producto o servicio con clientes reales

para disminuir riesgos económicos, reputaciones y de mercado. (Espinosa, 2018)

pH

El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la

concentración de iones de hidrógeno presentes en determinadas disoluciones.

Sensores

Un sensor en la industria es un objeto capaz de variar una propiedad ante magnitudes físicas

o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas con un transductor en

variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser, por ejemplo: intensidad

lumínica, temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión, desplazamiento, fuerza,

torsión, humedad, movimiento, pH.

Hidroponía

El cultivo en hidroponía es una particularidad en el manejo de plantas, que permite su

cultivo sin tierra. Mediante esta técnica se aprovecha áreas no convencionales, sin perder de vista

las necesidades de las plantas, como luz, temperatura, agua y nutrientes. El rendimiento de los

cultivos hidropónicos puede duplicar o más en comparación de los cultivos en tierra. (Bejarano &

Jhonson, 2018)

34

Arduino

Arduino es una plataforma de creación de electrónica de código abierto, la cual está basada

en hardware y software libre, flexible y fácil de utilizar para los creadores y desarrolladores. Esta

plataforma permite crear diferentes tipos de microordenadores de una sola placa a los que la

comunidad de creadores puede darles diferentes tipos de uso. (Fernández, 2020)

Turbidez

La turbidez es la falta de transparencia, debida a la presencia de partículas en suspensión.

Cuantos más sólidos en suspensión haya en el agua, más sucia parece y el valor de turbidez es más

alto. Para el desarrollo de las plantas y animales acuáticos, es mejor que el agua sea lo más

transparente posible, aunque un agua turbia no significa necesariamente que esté contaminada, ya

que la turbidez puede estar ocasionada por fenómenos naturales, por ejemplo, la presencia de

arcillas o limos procedentes de la erosión de los terrenos de alrededor o bien la descomposición de

la vegetación de la ribera. La turbidez es la dificultad del agua para transmitir la luz debido a los

materiales en suspensión, coloides o muy finos que son materiales difíciles de decantar y filtrar.

(Núnez & Ramiro 2017)

Conductividad Eléctrica

La CE mide la capacidad del suelo para conducir corriente eléctrica al aprovechar la

propiedad de las sales en la conducción de esta; por lo tanto, la CE mide la concentración de sales

solubles presentes en la solución del suelo. Su valor es más alto cuanto más fácil se mueva dicha

corriente a través del mismo suelo por una concentración más elevada de sales. (Grández, 2020)

35

Ubidots

Ubidots es una plataforma que permite monitorear, controlar y automatizar de forma

remota los procesos para clientes de atención médica, así como para startups bien financiadas y

Fortune 1,000. en el sureste de Estados Unidos y en toda América Latina. (Ubidots, 2020)

Temperatura

Esta magnitud se utiliza en química por cuanto afecta las propiedades de las sustancias,

como ser el estado físico y la capacidad de experimentar cambios químicos. Con frecuencia las

temperaturas se expresan en la escala Celsius, denominada así en homenaje a Anders Celsius, el

astrónomo sueco del siglo XVII que la concibió. En la

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