Prototipo de control para un cultivo de tomate cherry en un invernadero

Texto completo

(1)PROTOTIPO DE CONTROL PARA UN CULTIVO DE TOMATE CHERRY EN UN INVERNADERO. EDISON FABIAN ACOSTA MELO DANIEL ANDRES LEON LOVERA. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES TRABAJO DE GRADO BOGOTÁ D.C. 2015.

(2) PROTOTIPO DE CONTROL PARA UN CULTIVO DE TOMATE CHERRY EN UN INVERNADERO. EDISON FABIAN ACOSTA MELO (701683) DANIEL ANDRES LEON LOVERA (701909). Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Electrónico y de Telecomunicaciones. Director MSc. CARLOS CASTILLO MEDINA. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES TRABAJO DE INVESTIGACIÓN BOGOTÁ D.C. 2015.

(3)

(4) Nota de Aceptación. _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________. ____________________________ Firma del presidente del jurado. ____________________________ Firma del jurado. ____________________________ Firma del jurado. Bogotá, 18, noviembre, 2015.

(5) CONTENIDO INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 14 1. ANTECEDENTES ............................................................................................. 1. 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................... 5. 1.1.1 Descripción del problema:. ............................................................................ 5 1.1.2 Formulación del problema: ............................................................................ 6 1.2 OBJETIVOS .................................................................................................. 6 1.2.1 Objetivo General: .......................................................................................... 6 1.2.2 Objetivos Específicos: ................................................................................... 6 1.3 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................... 7 1.4. DELIMITACIÓN ............................................................................................. 7. 1.4.1 Espacio:......................................................... ¡Error! Marcador no definido. 1.4.2 Tiempo: ......................................................................................................... 7 1.4.3 Contenido: ..................................................................................................... 8 1.4.4 Alcance:......................................................................................................... 9 2 MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 10 2.1. INVERNADERO .......................................................................................... 10. 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.2. Parámetros para la construcción de un invernadero:. ................................. 10 Invernadero a dos aguas con diente de sierra: ........................................... 11 Radiación Solar:. ......................................................................................... 12 Ventajas de la producción bajo invernadero:............................................... 12 Desventajas de la producción bajo invernadero: ......................................... 13 TOMATE CHERRY ..................................................................................... 13. 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.3. Clima y suelo en el cultivo de tomate: ......................................................... 14 Temperatura: ............................................................................................... 14 Humedad: .................................................................................................... 15 Luminosidad: ............................................................................................... 16 Terreno: ....................................................................................................... 17 Tutorado del tomate: ................................................................................... 18 COTA CUNDINAMARCA ............................................................................ 18. 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.4. Clima: .......................................................................................................... 19 Economía: ................................................................................................... 20 Visión:.......................................................................................................... 20 NIVELES DE AUTOMATIZACION .............................................................. 20. 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5. Sistemas de control: .................................................................................... 21 Planta G(s): ................................................................................................. 21 Controlador Gc(s): ....................................................................................... 21 Sensor H(s): ................................................................................................ 22 Actuador: ..................................................................................................... 25.

(6) 2.4.6 Transmisor:. ................................................................................................ 28 2.5 REDES ........................................................................................................ 28 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.6. Redes de Área Local (LAN):........................................................................ 28 Medios de Comunicaciones:. ...................................................................... 29 Topologías de Red: ..................................................................................... 31 PROGRAMACIÓN ...................................................................................... 32. 2.6.1 Lenguaje C++:. ............................................................................................ 33 2.6.2 Lenguaje Java: ............................................................................................ 33 3 DISEÑO GENERAL ........................................................................................ 35 3.1. ENTRADAS ................................................................................................. 35. 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2. Temperatura:. .............................................................................................. 35 Humedad: .................................................................................................... 37 Luminosidad: ............................................................................................... 39 PROCESOS ................................................................................................ 41. 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3. PLC:. 41 Microcontrolador: ......................................................................................... 41 Raspberry Pi:............................................................................................... 42 Arduino Uno:. .............................................................................................. 43 SALIDAS ..................................................................................................... 44. 3.3.1 Extractores: ................................................................................................. 44 3.3.2 Válvula de apertura: .................................................................................... 46 3.3.3 Motores: ...................................................................................................... 47 4 DISEÑO DETALLADO .................................................................................... 48 4.1. PLANO MAQUETA ..................................................................................... 48. 4.2. PLANO CIRCUITO ELECTRÓNICO ........................................................... 49. 4.3. ALGORITMO DE CONTROL ...................................................................... 50. 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.4. Subsistema de regulación: .......................................................................... 50 Subsistema de control temperatura:. ........................................................... 51 Subsistema de control de humedad:. .......................................................... 53 Subsistema de control de luz: ..................................................................... 53 TOPOLOGIA DE RED ................................................................................. 54. 5. IMPLEMENTACIÓN ........................................................................................ 55. 5.1. MONTAJE DE ESTRUCTURA DEL INVERNADERO ................................. 55. 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5 5.1.6 5.1.7. Diseño del invernadero automatizado para cultivo de tomate cherry:..55 Descripción del diseño: ............................................................................... 56 Componentes: ............................................................................................. 56 Dimensiones del invernadero: .................................................................... 58 Disponibilidad de los materiales:. ................................................................ 58 Condiciones de aprovechamiento: .............................................................. 58 Materiales e instrumentos: .......................................................................... 58.

(7) 5.1.8 Herramientas:. ............................................................................................. 58 5.1.9 Construcción:. ............................................................................................. 59 5.2 ELABORACIÓN Y PRUEBA DE CIRCUITO ............................................... 61 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3. Sistema de lectura:. ..................................................................................... 61 Sistema autónomo:. .................................................................................... 62 Etapa de potencia: ...................................................................................... 64 MONTAJE DE CIRCUITOS Y CONTROLADORES EN MAQUETA ........... 65. 5.3.1 Tablero de mando: ...................................................................................... 65 5.3.2 Construcción y montaje de circuitos: ........................................................... 65 5.4 MONTAJE DE SENSORES Y ACTUADORES ........................................... 65 5.4.1 Dispositivos de accionamiento: ................................................................... 65 5.5 MONTAJE DE CAMARA DE VIDEO ........................................................... 66 5.6 6 6.1. INTEGRACIÓN CON DISPOSITIVOS MOVILES ....................................... 68 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO ................................................................ 69 PRUEBAS DE TEMPERATURA ................................................................. 69. 6.1.1 Temperatura máxima: ................................................................................. 69 6.1.2 Temperatura mínima: .................................................................................. 70 6.2 PRUEBAS DE LUMINOSIDAD ................................................................... 70 6.3. PRUEBAS DE HUMEDAD .......................................................................... 71. 6.3.1 Humedad mínima: ....................................................................................... 72 6.3.2 Humedad máxima: ...................................................................................... 72 6.4 PRUEBA DE SISTEMA DE VIDEO ............................................................. 72 6.5 7. PRUEBA DE CONTROL CON DISPOSITIVO ANDROID ........................... 73 CONCLUSIONES ............................................................................................ 75 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 77 ANEXOS ......................................................................................................... 79.

(8) LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Tomate de mesa cosechado por hectárea, según departamento, 2013 .. 1 Figura 2 - Invernadero tipo capilla a dos aguas con diente de sierra ..................... 11 Figura 3 - Radiación Solar en el Invernadero ........................................................ 12 Figura 4 - Tomate Cherry ....................................................................................... 13 Figura 5 - Cultivo de Tomate en Invernadero......................................................... 16 Figura 6 - Tipos de tutorado del tomate ................................................................. 18 Figura 7 - Mapa municiopio de Cota, Cundinamarca ............................................. 19 Figura 8 - Sensores por funcionamiento ................................................................ 22 Figura 9 - Sensores por tipo de señal .................................................................... 23 Figura 10 - Sensores por funcionamiento .............................................................. 24 Figura 11 - Sensores por fabricación ..................................................................... 24 Figura 12 - Principio de funcionamiento del Relé................................................... 26 Figura 13 - Diagrama medios de comunicación ..................................................... 29 Figura 14 - Cable trenzado .................................................................................... 30 Figura 15 - Clasificación Redes Inalámbricas ........................................................ 30 Figura 16 - Topologías de red ................................................................................ 31 Figura 17 - Diagrama general de un sistema de control ........................................ 35 Figura 18 - Diagrama de bloques (Sensor de Temperaura) .................................. 36 Figura 19 - Sensor de Temperatura ....................................................................... 37 Figura 20 - Sensor de Humedad ............................................................................ 38 Figura 21 - Diagrama de bloque (Sensor de luminosidad) ..................................... 40 Figura 22 - Esquema de Sensor de Luminosidad .................................................. 40 Figura 23 - PLC (Controlador Lógico Programable)............................................... 41 Figura 24 - Microcontrolador .................................................................................. 42 Figura 25 - Raspberry Pi 2 ..................................................................................... 43 Figura 26 - Arduino UNO ....................................................................................... 43 Figura 27 - Foto 1, Invernadero en Cota (Cundinamarca) ..................................... 44 Figura 28 - Foto 2, Invernadero en Cota (Cundinamarca) ..................................... 44 Figura 29 - Electroalvula 2/2 NC ............................................................................ 46 Figura 30 - Diagrama Subsistema de Regulación (Lazo cerrado) ......................... 50 Figura 31 - Diagrama Subsistema de Regulación (Lazo abierto)........................... 51 Figura 32 - Diagrama Subsistema Control de Temperatura .................................. 52 Figura 33 - Diagrama Subsistema de Control de Luz ............................................ 53 Figura 34 - Topología de red usada en el prototipo ............................................... 54 Figura 35 - Mapa estructural diseño de Invernadero ............................................ 55 Figura 36 - Base para Prototipo de Invernadero .................................................... 56 Figura 37 - Estructura de Prototipo de Invernadero ............................................... 57 Figura 38 - Elementos de control Prototipo de Invernadero ................................... 57 Figura 39 - Primer paso Prototipo de Invernadero ................................................. 59 Figura 40 - Montaje de columnas de Prototipo de Invernadero. ............................ 60 Figura 41 - Montaje de vigas de Prototipo de Invernadero .................................... 60.

(9) Figura 42 - Pantalla LCD ....................................................................................... 62 Figura 43 - Circuito de Potencia............................................................................. 64 Figura 44 - Cámara domo ...................................................................................... 67 Figura 45 - Prueba control de Temperatura ........................................................... 70 Figura 46 - Prueba de control Luminosidad ........................................................... 71 Figura 47 - Prueba de control de Humedad ........................................................... 72 Figura 48 - Prueba transmisión de video ............................................................... 73 Figura 49 - Prueba interacción Smartphone .......................................................... 73.

(10) LISTA DE TABLAS Tabla 1 - Temperatura en cultivo de Tomate Cherry ............................................. 14 Tabla 2 - Temperatura en estado de Desarrollo del Tomate Cherry ...................... 15 Tabla 3 - Características de operación Sensor de Temperatura ........................... 36 Tabla 4 - Características de operación Sensor de Humedad ................................ 38 Tabla 5 - Características de operación Sensor de Luminosidad ............................ 39 Tabla 6 - Características Extractores Serie OD6025 ............................................. 45 Tabla 7 - Características Extractor OD6025-24H................................................... 45 Tabla 8 - Características Válvula de control .......................................................... 46 Tabla 9 - Características Generales Motor 80140512 ........................................... 47.

(11) LISTA DE ANEXOS Anexo A - Plano maqueta en proyección ortogonal (Vistas) .................................. 79 Anexo B - Plano maqueta (Isométrico) .................................................................. 80 Anexo C - Plano circuito electrónico ...................................................................... 81 Anexo D - Comparativo tipos de invernadero ........................................................ 82.

(12) GLOSARIO ACTUADOR: es un dispositivo que realiza una acción mecánica en respuesta a una señal eléctrica de entrada. ALGORITMO: procedimiento de cálculo que consiste en cumplir una serie o conjunto ordenado y finito de instrucciones que conducen, una vez especificados los datos, a la solución que el problema genérico en cuestión tiene para los datos considerados. ANDROID OS: es un sistema operativo de código abierto derivado de GNU/Linux, que ha sido adaptado a Dispositivos Smart. CONTROLADOR LÓGICO: es aquél que realiza funciones lógicas, combinacionales y secuenciales, mediante la programación adecuada introducida a través de las teclas que dispone el equipo en su frontal o con la ayuda de un PC. HUMEDAD RELATIVA: es la relación entre el contenido de vapor de agua del aire y la cantidad de vapor de agua que el aire puede contener a esa temperatura. INTENSIDAD LUMINOSA: Magnitud que expresa la energía luminosa emitida o recibida por un cuerpo en la unidad de tiempo LAN (LOCAL AREA NETWORK): conocida en español como Red de Área Local, se utilizan para interconectar computadoras que se encuentran dentro de un mismo edificio o campo, es decir, un área local de hasta tres o cuatro kilómetros que alberga varios edificios. SENSOR: es un dispositivo dispuesto expresamente con la misión de obtener información, en forma de señal eléctrica, sobre la variable física medida. SMART DEVICES: conocida en español como Dispositivos Inteligentes, son dispositivos electrónicos móviles como celulares o Tabletas que tienen un Sistema de computación y comunicación inteligente permitiendo al usuario interactuar con otras tecnologías. TEMPERATURA: es una variable que se refiere normalmente a un número que expresa, en una determinada escala definida (Kelvin, Celsius o Fahrenheit), el grado de calor o frio de un cuerpo con referencia a otro..

(13) WLAN (WIRELESS LOCAL AREA NETWORK): conocida en español como Red de Área Local Inalámbrica, es una red LAN que utiliza la radiofrecuencia como medio de comunicación sin cables. WSN (WIRELESS SENSOR NETWORK): conocida en español como Redes de Sensores Inalámbricos, es una conexión de sensores que usan sistemas inalámbricos para comunicarse. WSAN (WIRELESS SENSOR AND ACTUATOR NETWORK): conocida en español como Redes de Sensores y Actuadores Inalámbricos, similar a las redes WSN, solo que en esta la comunicación con los actuadores también es vía inalámbrica..

(14) RESUMEN Un invernadero se define como una estructura cubierta que ofrece un ambiente óptimo para los cultivos con el fin de tener un ajuste de las condiciones de crecimiento climático, para reducir el costo de producción y aumentar los rendimientos de los cultivos. El presente trabajo describe el diseño y desarrollo de un prototipo de control para un invernadero de tomate cherry en la sabana de Bogotá, implica un sistema de automatización para el censado de las variables físicas más importantes del invernadero como lo son la temperatura, la humedad y la luminosidad en la búsqueda de mantener un clima tropical teniendo en cuenta el estudio de los factores ambientales y las respuestas de los cultivos, control de algoritmo, de instrumentación y de interfaz de software/hardware.. Palabras Claves: Control, Cultivo, Dispositivos Smart, Invernadero, Sensor, Tomate cherry..

(15) INTRODUCCIÓN Este trabajo de grado es un prototipo desarrollado por los estudiantes de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad Católica de Colombia que busca automatizar un invernadero que contiene un cultivo de tomate cherry ubicado en el municipio de Cota-Cundinamarca. Con la implementación de este sistema se puede controlar de forma automática las variables de humedad, luminosidad y temperatura del invernadero, facilitando de esta manera la administración del cultivo, aumentando la calidad de este con base en la precisión de los sensores y los actuadores junto con el constante monitoreo que permite este sistema bastante autónomo. Así mismo se realizó la integración del sistema automático con los beneficios de los dispositivos inteligentes para que se puedan visualizar en tiempo real el estado del cultivo y controlar o tomar decisiones sobre el sistema. Nuestra propuesta consistió en construir un bioclima artificial controlado automáticamente; es decir, un espacio en el cual ciertas características climáticas puedan mantenerse dentro de parámetros preestablecidos a manera de escala que caracterice nuestro objetivo. El recurso tecnológico que se propone, cumple exactamente con los requerimientos planteados en la situación problemática, construyendo un microclima en escala que representa el invernadero real ubicado en Cota Cundinamarca con medidas a escala; y con pocas modificaciones en cuanto a su estructura, se logró perfectamente adaptar en equivalencia. El recurso tecnológico que se presenta es un espacio en el que se puede observar el clima adecuado para el buen comportamiento del crecimiento del tomate cherry, y controlar los factores que influyen en él. En la práctica de agricultura a gran escala, las variables a controlar que se toman en consideración tardan un tiempo relativamente largo en modificarse comparándolo con el diseño a escala propuesto. Por esta razón, se ha incorporado la posibilidad que el dispositivo Invernadero automatizado para el cultivo de tomate cherry responda simulando externamente estos cambios. Hubiese resultado conveniente desarrollar la tecnología a implementar en el invernadero de tamaño real, pero se consideran las complicaciones de tiempo y el lugar geográfico del invernadero, con las consecuentes complicaciones del costo de este recurso tecnológico a escala real podría ser demasiado elevado. Por esto, se decidió por la opción de modelar las condiciones climáticas a escala, aun cuando estas dimensiones limitan el tamaño y la cantidad de las especies a presentar. Ahora bien, el problema consiste en recrear, a través de este recurso tecnológico, las distintas condiciones de un cultivo protegido de tomate cherry,.

(16) jugando con las variables indispensables para el desarrollo del cultivo y modificándolas según las distintas necesidades. El recurso tecnológico que se propone, modela un invernadero equipado con medios de control que permite incidir sobre situaciones climáticas que pueden presentarse en el desarrollo de un cultivo autónomo..

(17) 1 ANTECEDENTES El tomate es una planta originaria de América y cultivada en todo el mundo por su fruto comestible. Posee un sabor ligeramente ácido y se consume de diferentes modos, tanto en fresco como en procesado, ya sea como salsa, puré, jugo deshidratado o enlatado.1 Esta planta ha sido cultivada durante años en Colombia y es uno de los principales productos que se cultiva en nuestro país después de la papa. Según DANE-ENA (2013), en Colombia durante el año 2013 se cultivaron 6.867 hectáreas, de las cuales se cosecharon 4.161 hectáreas que produjeron 175.706 toneladas de tomate de mesa, con rendimientos promedios de 42,5 toneladas por hectárea cada semestre. Siendo el departamento de Boyacá el mayor productor con 43.224 toneladas, seguido por los departamentos de Cundinamarca, Norte de Santander, Antioquia, Santander, Quindío y Caldas, entre otros.2 Figura 1 - Tomate de mesa cosechado por hectárea, según departamento, 2013. Fuente: DANE. Insumos y factores asociados a la producción agropecuaria. Bogotá, diciembre 2014, Boletín mensual No. 30, p. 1. Dado que este proyecto tiene como propósito el control de las variables de temperatura, humedad y luminosidad en un invernadero, cabe como primera medida traer a colación el término de Agricultura de precisión; la agricultura de precisión es una aplicación de la tecnología a los cultivos y las cosechas para poder mejorar el desempeño y la eficiencia en estos, esto se logra mediante el 1. PERILLA, Adriana, Rodríguez, Luis, Bermúdez, Lilia. Estudio técnico-económico del sistema de producción de tomate bajo invernadero en Guateque, Sutatenza y Tenza (Boyacá). Revista colombiana de ciencias hortícolas - vol. 5 - no. 2, 2011, p. 220. 2 DANE. Insumos y factores asociados a la producción agropecuaria. Bogotá, diciembre 2014, Boletín mensual No. 30, p. 1. 1.

(18) monitoreo continuo de diversas variables que permiten anticiparse a algunos eventos que afectan nuestros cultivos, logrando así poder afrontarlos de mejor manera o evitar que sucedan, incluso realizar un proceso de cultivo más proactivo, o como bien lo dice el director del Centro Internacional de Software libre y de código abierto, “Agricultura de precisión fue originalmente desarrollado para direccionar variables en suelos y parámetros de cosechas para agriculturas de grandes escalas en países desarrollados”3. No rotar los cultivos, no eliminar los residuos de cosecha, usar en forma indiscriminada agroquímicos, no atender adecuadamente las múltiples labores que demanda el mantenimiento del cultivo, desconocer el manejo del clima dentro del invernadero y los patógenos y plagas que afectan el cultivo, y no aplicar prácticas agronómicas diferentes al empleo de plaguicidas como única herramienta de control de plagas son, entre otras, las razones que hacen de este sistema de producción un método altamente contaminante, donde se requiere con urgencia la capacitación del productor en el manejo integrado del cultivo bajo invernadero, encaminado a la aplicación y establecimiento de esquemas de buenas prácticas agrícolas que permitan asegurar la inocuidad del producto y evitar daños al medio ambiente.4Esta es una de las bases sobre las cuales se plantea el proyecto de un invernadero automatizado. En este se busca la reducción de tiempos y costos que se producen principalmente por el error humano y en segunda instancia por los tiempos de respuesta. Actualmente los cultivos en Colombia se están implementando en los invernaderos, estos presentan un ambiente ligeramente aislado lo cual permite protección de los cultivos de plagas y bacterias del medio ambiente, así como también, el control de los cultivos y las variables que lo afectan dentro del invernadero. Esta infraestructura busca generar un microclima óptimo adecuado para el desarrollo de los cultivos, tratando de lograr en el mismo, la temperatura, la relación de la humedad y la luz adecuada. Los rendimientos bajo este sistema de producción han mejorado, si se comparan los 1,5 y 2 kilogramos por planta obtenidos en campo abierto frente a los 5 y 8 kilogramos por planta en invernadero, incrementándose así la productividad hasta en un 300 % por planta.5 Teniendo en cuenta que Colombia no es un país desarrollado tecnológicamente pero que si es un país que basa la mayor parte de su economía en su agricultura, motivo por el cual es principal exportador de café y flores a nivel mundial, se requiere tecnificar sus cultivos y por ende monitorear las variables que afectan a 3. BABU, Satish. A software model for precision agriculture for small and marginal famers. Trivandrum, India: IEEE, 2013, p. 1 4 JARAMILLO, Jorge, Rodríguez, Viviana, Guzmán, Miryam, Zapata, Miguel, Rengifo, Teresita. Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) en la producción de tomate bajo condiciones protegidas. Medellín, Colombia: CTP Print Ltda, 2007, p. 21 5 DANE. Insumos y factores asociados a la producción agropecuaria. Bogotá, diciembre 2014, Boletín mensual No. 30, p. 1. 2.

(19) estos para ser más competentes en el mercado global. Entre las estrategias que el sector de la floricultura ha generado para los cultivos para mitigar el impacto ambiental y reducir el consumo de los recursos naturales en el proceso son: la recolección de agua de lluvia para ser utilizado en los cultivos, sistemas de riego eficiente, los planes de emergencia para mitigar los estragos del clima cambiante, entre otros. 6 Con base en este principio de riego eficiente, también se decide implementar un sistema de riego por goteo para no desperdiciar agua y que esta fuese proporcionada por la recolección de aguas lluvias y almacenadas en un tanque para su uso controlado. Es por esta razón que nos centramos en la agricultura de precisión como una opción de mejora para los cultivos en invernaderos al medir las variables de humedad, temperatura y luminosidad permitiendo transmitirlas a un dispositivo controlador para tomar acciones preventivas o correctivas. Es este tipo de disponibilidad de información para sitios particulares en instantes de tiempo específicos, lo que hace posible evaluar densidades óptimas de siembra, estimar cantidad óptima de fertilizante y predecir la producción en cada punto del cultivo.7 Ahora bien, se debe tener en cuenta en el momento de medir la temperatura del suelo, que la amplitud de la variación en la temperatura del suelo es más pronunciada debido a las características y composición del suelo en comparación con el aire. Dentro de los factores principales que afectan la temperatura del suelo están: a) El aspecto y la pendiente, b) Cobertura del suelo, de tal forma que la temperatura del aire 2.5 cm sobre la superficie del suelo puede ser entre 5 a 10°C mayor en suelos cultivados en comparación con suelos sin cultivar. c) La textura del suelo, suelos arenosos son más calientes y se enfrían más rápidamente que suelos arcillosos, y d) La materia Orgánica.8 Se requiere tener un constante monitoreo y control de estas variables para no afectar los cultivos, también se requiere un sistema que sea modular y escalable, esto permite que se puedan vincular más invernaderos, más puntos de control, más sensores de medición o elementos actuadores, así mismo que se permita la integración de una cierta cantidad de dispositivos móviles, en el que se pueda recibir un estado del invernadero y permita la opción de controlar las variables directamente desde allí por si se requiere realizar algún cambio prioritario, por ejemplo en el momento en que se ingresan o se retiran las plantas o si se requiere cambiar de cultivo y por ende de valores en el umbral de activación de los elementos. 6. LOZANO GARZÓN, Carlos Andrés y Rodríguez Riveros, Oscar Javier, Temperature, humidity and luminescence monitoring system using Wireless Sensor Networks (WSN) in flowers growing. Bogotá Colombia: IEEE, 2010, p. 1 7 MURILLO, Andrés F., Peña Mauricio, & Martínez Diego. Applications of WSN in Health and Agriculture. Jamundi, Cali, Colombia: IEEE, 2012 8 JIMÉNEZ LÓPEZ, Fabian Rolando y Jiménez Lopez, Andrés. Temperature Telemetry System for Agricultural Crops using free software. Tunja, Colombia: IEEE, 2012, p. 1. 3.

(20) Es este motivo por el cual se piensa en implementar un sistema de sensores para cada variable, logrando de esta manera que sea una implementación modular, que se comuniquen con un controlador que pueda procesar todas los cambios producidos en las variables a controlar y que se traducen en señales de entradas, para así, conforme a un algoritmo diseñado poder emitir una señal de respuesta que permita la activación de unos dispositivos actuadores 9 . Se estudia la posibilidad de implementar la WSN o mejor aún las WSAN para este proyecto de manera que permitan reducir puntos de falla por el deterioro del cableado y a su vez la reducción de costos de material. Estas WSN pueden estar compuestas de nodos heterogéneos y móviles, cada nodo puede hacer referencia a un Invernadero o a un cultivo diferente, también se puede implementar en tractores o maquinaria de siembra para conformar nodos móviles. La topología de la red puede ser tan simple como una topología en estrella. Adicionalmente, los nodos han sido dotados de interfaces de actuación, dando origen a las redes inalámbricas de sensores y actuadores (Wireless Sensors and Actuators Networks - WSAN), Los parámetros más relevantes en el diseño de estas aplicaciones son el tiempo de vida, la escalabilidad, el tiempo de respuesta, la sincronización de los nodos, la protección de la información, y el cumplimiento de plazos de tiempo real.10 Teniendo en cuenta desde cada nodo en particular a un sistema completo, la arquitectura se distingue por las siguientes características: un pequeño legado a incorporar con sensores, memoria, procesador y radiofrecuencia, todo esto con capacidad limitada. Cada nodo toma medidas físicas de su entorno y, a continuación, estas medidas son transmitidas por ondas de radio11. Después, hay un proceso de sincronización y comunicación que es controlado por los protocolos implementados en el sistema. Ahora bien, este sistema no solo permitirá la actuación de elementos conforme a una serie de parámetros. Con la implementación de una cámara de video que permita la transmisión en tiempo real, se puede llegar a vigilar no solo el acceso al invernadero, sino que también dependiendo de la capacidad de la cámara se puede llegar a identificar plagas o enfermedades por el color y la forma de las hojas, aunque esto es un proceso teórico puesto que está basado en la percepción de la persona que vigila el Invernadero. Es importante recordar, que una identificación temprana es fundamental para prevenir la propagación de enfermedades en el efecto invernadero y es fundamental para la implementación 9. MURILLO, Andrés F., Peña Mauricio, & Martínez Diego. Applications of WSN in Health and Agriculture. Jamundí, Cali, Colombia: IEEE, 2012, p. 1 10 Ibid, p. 1 11 RESTREPO PATIÑO, Diana, Ovalle Carranza, Demetrio, Montoya Cañola, Alcides. Performance evaluation of databases integration in wireless sensor networks. Medellin, Colombia. IEEE, 2009, p. 1. 4.

(21) de estrategias para el control de enfermedades. Desafortunadamente, el uso de métodos de diagnóstico especializados puede introducir retrasos que puedan comprometer la salud de los cultivos de tomate.12 Tradicionalmente, la detección de hongos o virus en cultivos de tomate se ha realizado por los cultivadores basados en su experiencia. En algunos casos, cultivadores altamente experimentados pueden identificar rápidamente fitopatologías del tomate mediante inspección visual.13 De este modo se observa que este proyecto tiene grandes aplicaciones en Colombia y que junto con el plan Vive digital respaldado por el Ministerio de las TIC que busca reducir la brecha tecnológica, permitirá que más población del territorio Nacional tenga acceso y haga uso de las tecnologías de la información y las comunicaciones en su diario vivir. Siendo así, se podrá transformar el sector agrícola de manera que sea más próspero y que permita tener una mejor calidad de vida y que al mismo tiempo sea más eficiente al reducir tiempos de operación y vigilancia, esto apuntándole a promover la agricultura de precisión y que no siga siendo un sector atrasado como lo dice el Ing. Álvaro Puentes “En nuestro entorno, la agricultura tradicional no ha sido objeto de grandes transformaciones, sigue siendo un sector atrasado, de renta baja y poca generación de empleo de calidad.”14 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 1.1.1 Descripción del problema: la función principal de un invernadero es la de controlar y mantener un espacio específico de terreno, con condiciones ideales dependiendo del cultivo con el fin de controlar luz, humedad, temperatura, bióxido de carbono, y pesticidas entre otras, para cultivar plantas y flores destinadas a diversos propósitos. Sin embargo la fumigación de pesticidas son potencialmente dañinas para los seres humanos que laboran en invernaderos, además se puede observar que en nuestro país la mayoría de invernaderos son controlados por descarte del clima, mas no por sensores calibrados que indiquen los diferentes niveles para su optimización y son controlados totalmente por operadores en el mismo sitio del cultivo, por lo que se busca dar una solución.. 12. BAQUERO, Douglas, Molina, Juan, Gil, Rodrigo, Bojaca, Carlos, Franco, Hugo, Gómez, Francisco. An image retrieval system for tomato disease assessment. Bogotá, Colombia. IEEE, 2014. p. 1 13 Ibid p. 1 14 COLOMBIA DIGITAL. “Como las TIC complementan la agricultura de precisión?”. [En línea] Puentes Molina, Alvaro. [Citado el 17 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://colombiadigital.net/opinion/columnistas/artifice-innovacion/item/4866-como-las-ticcomplementan-la-agricultura-de-precision.html. 5.

(22) Una alternativa para solucionar esta situación ha sido la automatización de los invernaderos con el fin de mejorar cada proceso, aplicando de manera adecuada condiciones físicas y químicas óptimas para el adecuado cuidado y desarrollo que requiere cada producción apoyándose de sistemas de control remota. Esta automatización permite mejorar los estándares de calidad al reducir la probabilidad de error al mismo tiempo que se aumenta la capacidad y velocidad de producción de un producto específico, como lo puede ser un cultivo. 1.1.2 Formulación del problema: en vista del rápido crecimiento de la tecnología y los elementos de comunicación desarrollados, se piensa en la posibilidad de adaptar parte de la tecnología existente para mejorar el control de un cultivo bajo invernadero y la calidad de este mismo, cabe en este ámbito proponer y preguntar: ¿Será posible la implementación de un sistema de automatización para el control de temperatura, humedad y luminosidad en un invernadero, así como la interacción con un dispositivo que tenga sistema operativo Android, para activar elementos actuadores remotamente de manera que se reduzcan tiempos de operación y de respuesta a eventos, propendiendo por la eficiencia y optimización de recursos como la vigilancia con un sistema de video en línea, promoviendo y aprovechando la infraestructura tecnológica de nuestro país junto con los beneficios de los dispositivos Smart? 1.2. OBJETIVOS. 1.2.1 Objetivo General: para este proyecto se plantea el siguiente objetivo general en el que engloba lo que significa toda la implementación de la solución al problema planteado. Diseñar un prototipo para el control automático de la temperatura, humedad y luminosidad en cultivos que se pueda activar por medio de sensores y de una aplicación para Android OS de manera remota. 1.2.2 Objetivos Específicos: los siguientes objetivos se enuncian de manera puntual para ser más detallados en lo que se quiere lograr cumpliendo con el alcance de este proyecto.  Seleccionar el dispositivo controlador, los sensores que permitan medir las variables definidas y unos elementos actuadores para modificar las variables en respuesta a unas órdenes del controlador.  Diseñar un algoritmo para el dispositivo que permita recibir las señales de los sensores, procesarlas y emitir una señal de respuesta que permita controlar las variables.. 6.

(23)  Implementar una red LAN para comunicar el dispositivo controlador con sus elementos de entrada y salida, como también con el dispositivo para controlarlo remotamente.  Diseñar y desarrollar una aplicación para dispositivos Smart con sistema operativo Android que se pueda utilizar fácil e intuitivamente y que permita controlar el invernadero.  Implementar un sistema de monitoreo para la transmisión de video en tiempo real por medio de la red de banda ancha.  Elaborar un modelo a escala para la ejemplificación del sistema en el que se pueda observar el funcionamiento del control, el sensado, la respuesta a los cambios y el control remoto. 1.3. JUSTIFICACIÓN. Con la llegada de la tecnificación de la industria agrícola las grandes industrias están logrando producir cada vez más y a menos costo tratando de mantener la calidad, esto constituye una competencia más difícil para el campesino de bajos recursos que no tiene forma de implementar algo de tecnología en sus cultivos bien sea para producir más o para reducir tiempos. Por esta razón se quiere diseñar e implementar un prototipo de sistema de automatización de invernaderos de bajo costo y de fácil manejo para que tengan acceso personas de bajos recursos y que a su vez les permita dedicar más tiempo a la familia o a otros cultivos para ser más competentes. El principal benefició de este sistema de automatización es la ayuda que prestará a los agricultores de bajos recursos para poder competir sanamente con otras compañías de mayor producción permitiendo tener invernaderos más autónomos y menos imprecisos al reducir la intervención del hombre lo cual mejora significativamente la producción en sus cultivos. Así mismo se mejorará la calidad de vida del agricultor al permitir que este pueda dedicar más tiempo a otras actividades bien sea laborales o familiares que le garanticen bienestar teniendo siempre la vigilancia y control de su invernadero vía remota, con el sistema de video en línea el agricultor puede estar pendiente de sus cultivos y tener mayor seguridad de sus instalaciones. 1.4. DELIMITACIÓN. 1.4.1 Espacio: no se realizará una implementación directa sobre un invernadero, ya que no está considerada dentro de la planeación, debido a las limitaciones de tiempo que se tienen para la realización del proyecto.. 7.

(24) A los diferentes avales administrativos y técnicos que se requieren para realizar cambios en el equipo, el flujo y funcionamiento del proceso los cuales requieren un tiempo de aprobación, lo que haría que se extienda el tiempo requerido para el desarrollo del proyecto. Por tal motivo se recreará un modelo a escala de un Invernadero que se encuentra ubicado en el municipio de Cota (Cundinamarca) en el cual tienen albergado un cultivo de tomate cherry. Los costos que acarrean el hacer el modelo a escala y demás gastos serán cubiertos con capital propio, esto limitará la compra de elementos industriales propuestos en el diseño, pero se adquirirán elementos de menor costo que tengan el mismo principio de funcionamiento y se adapten a nuestro modelo a escala. En este prototipo se podrá validar como el sistema controla las variables de temperatura, humedad y luminosidad en respuesta a los cambios que sea sometido, bien sea por la naturaleza del ambiente o por intervención del hombre para poder activar los sensores y poder validar el sistema de control. 1.4.2 Tiempo: para realizar el proyecto se cuenta con un periodo académico equivalente a dieciséis semanas del segundo semestre del año 2015, periodo durante el cual se desarrollará y se entregará el modelo a escala con el diseño del control automático para la medición y manejo de variables de temperatura, luminosidad y humedad relativa integrado a la aplicación para dispositivos Smart y la visualización de video en tiempo real. 1.4.3 Contenido: para la medición de las variables se utilizaran sensores capaces de detectar temperaturas entre los 17°C y los 28°C de rápida respuesta para ser más precisos en el sistema, en cuanto a la humedad relativa se implementaran sensores con rangos de medida entre un 50 % y un 80 % que por tener una diferencia amplia permite ser aplicado a una gran variedad de cultivos, por último, en cuanto a la variable de luminosidad se utilizaran sensores que tengan gran sensibilidad a los pequeños cambios y se calibraran de acuerdo a las necesidades. En cuanto al aplicativo se realizará un diseño para dispositivos Smart con sistema operativo Android, esta aplicación será diseñada, elaborada y probada conforme a los requisitos del sistema de control y permitirá accionar tanto el sistema automático que permitirá el control del invernadero en respuesta a los valores programados en el umbral de medida de las variables, como también contará con una opción manual que permitirá al agricultor activar los actuadores para modificar alguna de las variables a su gusto, esta opción será muy útil para los agricultores en el momento de que realicen algún cambió en su infraestructura que altere el entorno o las variables, así como también si aumenta o disminuye de manera repentina y momentánea el inventario del cultivo en su invernadero y no piensa modificar sus parámetros de control establecidos durante este periodo.. 8.

(25) El prototipo también contará con la transmisión de video en vivo para monitorear los cultivos de manera remota y principalmente se entregará funcionando a nivel de red LAN con el modelo a escala entregado, sin embargo, se planea realizar la transmisión de video a través de la red de telefonía celular para las cuales se realizaran las pruebas correspondientes dependiendo del ancho de banda soportado por este medio de comunicación y el requerido por la cámara. 1.4.4 Alcance: este diseño podrá verificarse con un modelo a escala de la parte del proceso objeto de la automatización en el cual se demuestre el correcto funcionamiento del algoritmo de control desarrollado para la aplicación del sistema automático, permitiendo así medir y controlar las variables que intervienen en el proceso, unido a esto se realizará una aplicación para Android OS que permita activar los elementos actuadores de nuestro sistema de manera remota, también, se transmitirá video en línea por una red de banda ancha y se efectuaran las pruebas para implementarlo por la red de telefonía celular.. 9.

(26) 2 MARCO TEÓRICO 2.1. INVERNADERO. También conocido como cultivo protegido, un invernadero es un sistema agrícola especializado en el cual se lleva a cabo un cierto control del medio edafoclimatico alterando sus condiciones (suelo, temperatura, radiación solar, viento, humedad y composición atmosférica). Mediante estas técnicas de protección se cultivan plantas modificando su entorno natural para prolongar el periodo de recolección, alterar los ciclos convencionales, aumentar los rendimientos y mejorar su calidad, estabilizar las producciones y disponer de productos cuando la producción al aire libre se encuentra limitada. El objetivo del cultivo protegido es obtener producciones de alto valor añadido (hortalizas, frutas, flores, ornamentales y plantas de vivero). El factor determinante más relevante de la actividad productiva hortícola es el clima. Entre las más importantes limitaciones para la producción hortícola cabe citar la falta de radiación solar, la temperatura insuficiente o excesiva, el exceso o falta de humedad, las deficiencias de nutrientes, la presencia de malas hierbas, el exceso de viento y el inadecuado contenido de dióxido de carbono (o anhídrido carbónico) del aire. La mayor parte de las limitaciones citadas son factores climáticos o directamente relacionados con el clima, que pueden alterarse mediante el cultivo protegido.15 2.1.1 Parámetros para la construcción de un invernadero: para la elaboración de un invernadero se debe tener en cuenta los siguientes aspectos. 2.1.1.1 Elección del modelo del invernadero: en la forma y modelo del invernadero se deben tener en cuenta las condiciones económicas de cada productor, siempre y cuando la estructura cumpla con los requerimientos apropiados para el desarrollo del cultivo, sea funcional y de fácil operación, permita el cultivo de otras especies, sea lo suficientemente fuerte como para soportar condiciones climáticas extremas y el peso de las plantas y de los sistemas internos, y tenga una duración prolongada y una cobertura fácil de cambiar y de fácil mantenimiento.16. 15. CASTILLA, Nicolás. Invernaderos de plástico, tecnología y manejo, 2ª edición. Madrid, España: Mundi-Prensa, 2007, p. 25. 16 JARAMILLO, Jorge, Rodríguez, Viviana, Guzmán, Miryam, Zapata, Miguel, Rengifo, Teresita. Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) en la producción de tomate bajo condiciones protegidas. Medellín, Colombia: CTP Print Ltda, 2007, p. 42. 10.

(27) 2.1.1.2 Orientación: La orientación del invernadero es otro factor que interviene directamente en la captación de la radiación y la cantidad de sombra que la misma estructura del invernadero provoca, por lo que es importante que la estructura este orientada de norte a sur con una ligera inclinación hacia el noreste, de tal modo que los rayos del sol siempre lleguen a la cubierta plástica de forma perpendicular. También es fundamental que la cubierta del invernadero permita el paso de por lo menos el 70% de radiación solar; de lo contrario la radiación fotosintéticamente activa (PAR) disminuye considerablemente, creando problemas de elongación de entrenudos, follaje muy abundante y disminución de la producción. Con menor cantidad de radiación solar, las plantas y los frutos también se hacen más sensibles al ataque de plagas y enfermedades, pero además disminuye la transpiración y en consecuencia se provoca desnutrición en la planta.17 2.1.2 Invernadero a dos aguas con diente de sierra: está formado por una nave a dos aguas en que uno de los planos inclinados de la techedumbre tiene distinta inclinación y en vez de formar la unión de las dos cubiertas queda como un diente de sierra. La ventilación de estos invernaderos, siempre que las dimensiones no sean exageradas, es excelente, ya que a la ventilación normal de las paredes laterales se une otra central, formada por los huecos que forman cada uno de los dientes de sierra.18 Figura 2 - Invernadero tipo capilla a dos aguas con diente de sierra. Fuente: Autores. 17. VELASCO HERNANDEZ, Ezequiel, Nieto Angel, Raúl, Navarro Lopez, Erick. Cultivo de tomate en hidroponía e invernadero. Chapingo, Mexico: Mundi-Prensa, 2005, p. 24. 18 SERRANO CERMEÑO, Zoilo. Construcción de invernaderos, 3ª edición. Madrid, España: MundiPrensa, 2005, p. 72.. 11.

(28) 2.1.3 Radiación Solar: la radiación que proviene directamente del sol se denomina radiación directa; con este tipo de radiación la geometría de la cubierta y la orientación del invernadero determinaran la transmisibilidad global del invernadero. Cuando la radiación solar atraviesa la cubierta del invernadero se modifica la proporción entre radiación directa y difusa, dependiendo de los materiales con los que se elabora. La radiación difusa es la que toma diferentes direcciones al haber sido reflejada, desviada o dispersa por dicha cubierta. En este caso la forma de la cubierta así como la forma del invernadero tendrán poca importancia. Las cubiertas con difusores de luz crean condiciones similares a cuando se presenta un día nublado, condición que es favorable para el cultivo ya que disminuye las sombras en el interior del invernadero.19 Figura 3 - Radiación Solar en el Invernadero. Fuente: Foto tomada de libro. VELASCO HERNANDEZ, Ezequiel, Nieto Angel, Raúl, Navarro López, Erick. Cultivo de tomate en hidroponía e invernadero. Chapingo, Mexico: Mundi-Prensa, 2005, p. 26.. Un aspecto importante a destacar es el uso de las cubiertas en invernadero, independientemente del color del pigmento de las cubiertas, estas deben tener aditivos difusores de luz para lograr menor sombra dentro del cultivo al paso de la radiación difusa; los pigmentos blancos de las cubiertas plásticas tienen mayor cantidad de aditivos difusores que los pigmentos verdes. 2.1.4 Ventajas de la producción bajo invernadero: el producir un cultivo bajo un invernadero tiene las siguientes ventajas comparadas con los que no lo hacen:        . Protección contra condiciones climáticas extremas. Control sobre otros factores climáticos. Obtención de cosechas fuera de época. Mejor calidad de la cosecha. Preservación de la estructura del suelo. Siembra de materiales seleccionados. Aumento considerable de la producción Ahorro en costos de producción.. 19. VELASCO HERNANDEZ, Ezequiel, Nieto Angel, Raúl, Navarro Lopez, Erick. Cultivo de tomate en hidroponía e invernadero. Chapingo, Mexico: Mundi-Prensa, 2005, p. 25-26.. 12.

(29)  Disminución en la utilización de plaguicidas.  Aprovechamiento más eficiente del área de cultivo. 2.1.5 Desventajas de la producción bajo invernadero: así mismo, las desventajas del cultivo bajo Invernadero comparado con el que no, son:  Alta inversión inicial.  Requiere personal especializado.  Supervisión permanente. 2.2. TOMATE CHERRY. Solanum lycopersicum es su nombre científico. Se le puede conocer como jitomate también, sobre todo en las zonas de Latinoamérica. Pertenece a la familia Solanaceae y al género Solanum (de ahí su nombre científico). Hoy en día la podemos ver cultivada en cualquier parte, y no nos referimos geográficamente. Un huerto veraniego casi siempre está constituido por el cultivo del tomate, entre otros. No sólo el huerto clásico situado en la tierra, si no el huerto en macetas situado en la terraza, balcón o dentro de casa, y las mesas de cultivo. 20. Figura 4 - Tomate Cherry. Fuente: Semillando sotillo Tienda ecológica en madrid, Tomate Cherry ecológico. [En línea] [Citado el 15 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://www.tiendaecologicaenmadrid.com/home/37-tomate-cherry-ecologico.html. 20. AGROMATICA, Guía imprescindible del cultivo del tomate. [En Línea] [Citado el 14 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://www.agromatica.es/cultivo-de-tomates/. 13.

(30) 2.2.1 Clima y suelo en el cultivo de tomate: el tomate es un tipo de planta que se adapta bien a una gran variedad de climas. La excepción radica en climas propensos a sufrir heladas, fenómeno al que el tomate es sensible. De hecho, según el desarrollo vegetativo del tomate, requiere un periodo libre de heladas de 110 días, sin que se sufra pérdidas de rendimiento.21 2.2.2 Temperatura: la temperatura es el principal factor climático que influye en la mayoría de los estados de desarrollo y procesos fisiológicos de la planta. El desarrollo satisfactorio de sus diferentes fases (germinación, crecimiento vegetativo, floración, fructificación y maduración de frutos) depende del valor térmico que la planta alcanza en el invernadero en cada periodo crítico. En un invernadero, cuando se produce un aumento de temperatura, ésta provoca en la planta una intensificación de todos los procesos biológicos y térmicos bien definidos que es necesario conocer en las plantas cultivadas en invernadero.22 Tabla 1 - Temperatura en cultivo de Tomate Cherry. Temperatura. Efecto que produce en la planta. Mínima 8-12º C. Los procesos de toma de nutrientes y crecimiento alcanzan una intensidad mínima o se detienen; si la temperatura mínima se prolonga por varios días la planta se debilita, y si ocurren temperaturas por debajo de este nivel, la planta sufre una progresiva decadencia o muerte.. Óptima 21-27º C. Todos los procesos bioquímicos se desarrollan normalmente; el crecimiento vegetativo, la floración y la fructificación son adecuadas.. Máxima 32-36º C. Los procesos bioquímicos y de toma de nutrientes están al máximo, son excesivos y agotadores para la planta, se presentan desórdenes fisiológicos y se detiene la floración; cuando estas temperaturas se prolongan ocurre la muerte de la planta.. Fuente: JARAMILLO, Jorge, Rodríguez, Viviana, Guzmán, Miryam, Zapata, Miguel, Rengifo, Teresita. Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) en la producción de tomate bajo condiciones protegidas. Medellín, Colombia: CTP Print Ltda, 2007, p. 72. El tomate es un cultivo capaz de crecer y desarrollarse en condiciones climáticas variadas. La temperatura óptima para el crecimiento está entre 21 y 27º C, y para el cuajado de frutos durante el día está entre 23 y 26º C y durante la noche entre 14 y 17º C.23 21. AGROMATICA, Guía imprescindible del cultivo del tomate. [En Línea] [Citado el 14 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://www.agromatica.es/cultivo-de-tomates/ 22 JARAMILLO, Jorge, Rodríguez, Viviana, Guzmán, Miryam, Zapata, Miguel, Rengifo, Teresita. Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) en la producción de tomate bajo condiciones protegidas. Medellín, Colombia: CTP Print Ltda, 2007, p. 72 23 Ibid p. 73. 14.

(31) Tabla 2 - Temperatura en estado de Desarrollo del Tomate Cherry. T. mínima (º C) 11 18 18 10 10. Estado de desarrollo. Germinación Crecimiento Cuajado de frutos durante el día Cuajado de frutos durante la noche Producción de pigmento rojo (licopeno) Producción de pigmento amarillo (β 10 caroteno) Temperatura del suelo 12. T. óptima (º C) 16-29 21-24 23-26 14-17 20-24. T. máxima (º C) 34 32 32 22 30. 21-23. 40. 20-24. 25. Fuente: JARAMILLO, Jorge, Rodríguez, Viviana, Guzmán, Miryam, Zapata, Miguel, Rengifo, Teresita. Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) en la producción de tomate bajo condiciones protegidas. Medellín, Colombia: CTP Print Ltda, 2007, p. 72. Las consecuencias de un cultivo expuesto a altas temperaturas son:         . Reducción de la cantidad y la viabilidad del polen. Reducción de la cantidad de flores y frutos por inflorescencia. Distorsión de las anteras, lo que impide una adecuada polinización. Elongación del estilo por encima de las anteras, lo que dificulta la polinización. Asimetría en la forma de la inflorescencia. Cambios morfológicos dados principalmente por la elongación y escasez de los entrenudos. Apariencia de debilidad en las inflorescencias. Retraso en la aparición de la primera inflorescencia sobre el tallo principal. Mala fecundación de frutos y mal llenado de frutos.. Las consecuencias de un cultivo expuesto a bajas temperaturas son:      . Reducción de la viabilidad y cantidad del polen. Distorsión y elongación del ovario y deformación del fruto. Distorsión de los estambres y, por lo tanto, mala polinización. Elongación de frutos. Entrenudos cortos, densos y plantas compactas. Reducción de la cantidad de flores y frutos por inflorescencia.. 2.2.3 Humedad: con respecto a la humedad en el cultivo de tomates, la humedad relativa ideal para el desarrollo del cultivo de tomate debe estar entre un 65 % y un 75 % para su óptimo crecimiento y fertilidad. Si superamos estos valores, favorecerá el desarrollo de hongos.24 24. AGROMATICA, Guía imprescindible del cultivo del tomate. [En Línea] [Citado el 14 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://www.agromatica.es/cultivo-de-tomates/. 15.

(32) Cuando la humedad relativa es alta, favorece el desarrollo de enfermedades como Phytophthora infestans, Botritys cinerea y Erwinia carotovora, y se presentan desórdenes que afectan los frutos, como son: manchado, que produce una maduración por parches asociada también a una deficiencia de potasio; grietas o rajaduras de forma radial o concéntrica; cara de gato o malformación, y frutos huecos. Además, se dificulta la fecundación por la compactación del polen y las flores pueden caerse. Cuando la humedad relativa es baja y la temperatura es alta se debe ventilar para facilitar la circulación del aire. Esta situación, además, origina mayor tasa de transpiración, y puede causar estrés hídrico, mayor actividad radicular y cierre estomático, lo que reduce la actividad fotosintética de la planta y la absorción de agua y nutrientes. Bajo estas condiciones, se ve favorecida la aparición del desorden fisiológico conocido como podredumbre apical o culillo, causado por la deficiencia de calcio. La humedad relativa baja también seca el polen y genera anomalías en la fecundación, produce igualmente frutos pequeños, deformes y huecos.25 Figura 5 - Cultivo de Tomate en Invernadero. Fuente: AGROMATICA, Guía imprescindible del cultivo del tomate. [En Línea] [Citado el 14 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://www.agromatica.es/cultivo-de-tomates/. 2.2.4 Luminosidad: el tomate requiere días soleados para un buen desarrollo de la planta y lograr una coloración uniforme en el fruto. La baja luminosidad afecta los procesos de floración, fecundación y desarrollo vegetativo de la planta y reduce la absorción de agua y nutrientes.26 En la mayoría de las plantas, la tasa de crecimiento en cuanto a peso por unidad de área está influenciada por la radiación; a mayor radiación mayor estimulación 25. JARAMILLO, Jorge, Rodríguez, Viviana, Guzmán, Miryam, Zapata, Miguel, Rengifo, Teresita. Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) en la producción de tomate bajo condiciones protegidas. Medellín, Colombia: CTP Print Ltda, 2007, p. 76-77 26 Ibid p. 73. 16.

(33) del crecimiento vegetativo y, como resultado, más alta producción, principalmente por el incremento de la asimilación y producción de materia seca. Las plantas de tomate generalmente no son afectadas por la mayor o menor cantidad de horas luz. Sin embargo, cuando la intensidad de la radiación es baja hay una influencia negativa sobre la plantas y sobre la producción. La producción y su calidad se ven severamente afectadas por la sombra artificial o por la acumulación de polvo sobre la superficie externa de los plásticos, lo cual reduce la cantidad e intensidad de la luz dentro del invernadero. La luminosidad también se ve afectada cuando se utilizan altas densidades de siembra, ya que las mismas plantas se producen sombra entre sí. Igualmente, el exceso de estructuras dentro del invernadero, principalmente en el tutorado, reduce la cantidad de luz. Está comprobado que la baja luminosidad tiene un efecto sobre la producción de frutos huecos y la maduración manchada en los frutos de tomate, por lo que se recomienda la renovación de los plásticos o el mantenimiento, mediante el lavado de las coberturas. Cuando la luminosidad es escasa dentro del invernadero, las plantas tienden a un aislamiento buscando la luz, los tallos a ser débiles, y disminuye la producción. La baja luminosidad también incide en los procesos de floración, fecundación y desarrollo vegetativo de la planta, ya que reduce la viabilidad del polen, limita la evapotranspiración, y disminuye la absorción de agua y nutrientes llevando la planta a una posible deficiencia de calcio, lo que se conoce comúnmente como podredumbre apical del fruto.27 2.2.5 Terreno: al terreno se le debe dar una labor profunda y en ella se debe aplicar el abono que se seleccione. No se recomienda la aportación de nitrógeno como abono de fondo para el cultivo del tomate. Únicamente se recomienda en aquellos casos en el que la tierra sea muy pobre o con niveles muy bajos en nitrógeno. Cantidades de sulfato amónico en proporción de 300-400 kg/ha son aconsejables para corregir estas deficiencias. Pero sí se recomienda la incorporación al terreno de fósforo, ya que contribuye enormemente al desarrollo de las raíces del tomate y en la floración. Un ejemplo puede ser la incorporación de superfosfato de cal como abono de fondo.. 27. JARAMILLO, Jorge, Rodríguez, Viviana, Guzmán, Miryam, Zapata, Miguel, Rengifo, Teresita. Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) en la producción de tomate bajo condiciones protegidas. Medellín, Colombia: CTP Print Ltda, 2007, p. 77. 17.

(34) Para que el fruto se desarrolle de forma correcta necesita un abono a base de potasio. Valores en torno al 5-10 % son aconsejables en el suelo (capacidad de intercambio catiónico), por lo que se recomienda incorporar comprendidos entre los 400-500 kg/ha de sulfato potásico.28 2.2.6 Tutorado del tomate: el tomate, por ser una planta herbácea, requiere un sistema de sostén que proteja el follaje y los frutos del deterioro ocasionado por la humedad del suelo y la acción de los microorganismos e insectos y plagas.29 Los principales sistemas de tutorado se observan en la foto: Figura 6 - Tipos de tutorado del tomate. Fuente: AGROMATICA, Guía imprescindible del cultivo del tomate. [En Línea] [Citado el 14 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://www.agromatica.es/cultivo-de-tomates/. 2.3. COTA CUNDINAMARCA. Cota es uno de los 116 municipios del departamento de Cundinamarca (Colombia). Se encuentra ubicado en la provincia de Sabana Centro a 26km de Bogotá (6km por la vía Cota - Suba). Su cabecera municipal se encuentra a 2.566 msnm.. 28. AGROMATICA, Guía imprescindible del cultivo del tomate. [En Línea] [Citado el 14 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://www.agromatica.es/cultivo-de-tomates/ 29 JARAMILLO, Jorge, Rodríguez, Viviana, Guzmán, Miryam, Zapata, Miguel, Rengifo, Teresita. Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) en la producción de tomate bajo condiciones protegidas. Medellín, Colombia: CTP Print Ltda, 2007, p. 31. 18.

(35) Figura 7 - Mapa municipio de Cota, Cundinamarca. Fuente: ALCALDÍA DE COTA. Nuestro municipio. [En línea] [Citado el 17 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://www.cota-cundinamarca.gov.co/informacion_general.shtml. Ocupa la parte cercana a la costa de un antiguo lago. Su vocación económica es agroindustrial, caracterizándose asimismo por prestar servicios al turismo y albergar varios colegios privados.30 2.3.1 Clima: Cota tiene un clima de sabana fría (principalmente afectado por la altitud) que generalmente está entre los 5 y los 14 °C, con una temperatura promedio de 13,5 °C. Las temporadas más lluviosas del año son entre abril y mayo y entre septiembre y diciembre, alcanzando los 110 mm/mes; las temporadas más secas del año se pueden apreciar entre enero y febrero y entre julio y agosto, en las cuales durante la mañana y en la noche se presentan fuertes cambios de temperatura conocidos como heladas que afectan la agricultura de la población. Cuenta con las veredas de: vuelta grande, Siberia, parcelas, Rozo, El Abra, Pueblo viejo, Cetime, la Moya y el barrio de la esperanza. 31. 30. PERSONERÍA DE COTA, Acerca de la entidad - Donde estamos. [En línea] [Citado el 14 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://www.personeria-cota.gov.co/es/acerca-de-laentidad/donde-estamos 31 BASTIDAS RODRIGUEZ, Diana Yanet, Bonilla Triviño, Manuel Alfredo. Perfil Epidemológico del municipio de Cota 2009. Cundinamarca, Colombia: 2009, p 18. 19.

(36) 2.3.2 Economía: Cota es un municipio pequeño dedicado a la agricultura, y a la venta de comidas y platos típicos de la región. Cuenta con variados restaurantes y cafeterías que venden los platos del folclore Cundinamarqués. Cota posee muchos campos de cultivo, los principales son de repollo y lechuga, también se cuidan varios animales, entre ellos los caballos y vacas. El municipio no produce mucho dinero anual y en general, la vocación económica de este municipio es Agroindustrial.32 2.3.3 Visión: para el año 2025 será Cota, una sociedad del conocimiento, protectora de los derechos de sus habitantes, incluyente, Atractiva, Ambiental, Cívica, Corazón Agroindustrial y Empresarial de Cundinamarca.33 Con este proyecto se está apuntando lograr una de las visiones de Cota la cual busca hacerlo un municipio “Corazón Agroindustrial”, dado que este proyecto es un proyecto de automatización agrícola o también se le puede llamar Agroindustrial. 2.4. NIVELES DE AUTOMATIZACIÓN. En general, la automatización en un invernadero implica la automatización del control de temperatura del aire, la circulación del aire y el intercambio de aire, control de humedad relativa, control de nivel de la luz y de otras variables como nivel el dióxido de carbono (CO2), riego, tratamiento químico y la gestión del suministro de nutrientes, pero en el caso específico del proyecto se realizaran a los cambios climáticos. Una forma muy simple y clásica de control ambiental del sistema de invernadero para cultivos, consta de sensores, tanto internos como externos, que monitorean todas las variables importantes que afectan el crecimiento de los cultivos. Estos datos del sensor son entonces los que retroalimentan un controlador. Los parámetros ambientales bajo control se modificarán a través de comandos predefinidos, programados y actuadores tales como ventiladores, refrigeradores, sistema de nebulización, sistema de iluminación y CO2. Cuando se habla sobre el control de actuadores individuales, se refiere a dispositivos que controlan el equipo específico para una operación única, como los motores que controlan los respiraderos, abanicos y operación de ventilación, bombas, etc. Ahora cuando hablamos de nivel funcional se refiere a todos los equipos a cargo de una función particular, como el riego y la fertilización de gestión o de control de la temperatura. Puesto que la operación de cada 32. ALCALDÍA DE COTA. Nuestro municipio. [En línea] [Citado el 17 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://www.cota-cundinamarca.gov.co/informacion_general.shtml 33 BASTIDAS RODRIGUEZ, Diana Yanet, Bonilla Triviño, Manuel Alfredo. Perfil Epidemológico del municipio de Cota 2009. Cundinamarca, Colombia: 2009, p 35. 20.