Universidad Autónoma de Querétaro
Facultad de Ingeniería Ingeniería en Automatización
Cultivos Hidropónicos Automatizados T.D.T.A III
Jiménez Villegas Ilsa María 297442 Pérez Pérez Jesús David 297487 Rosas Tinajero Sait Miguel 297534
Resumen
El proyecto consiste esencialmente en el diseño, desarrollo e implementación de los huertos urbanos semi automatizados como un producto accesible, enfocados especialmente en los cultivos hidropónicos de raíz flotante. La implementación de los cultivos hidropónicos permite un manejo mucho más eficiente del agua, según datos del INEGI (2018) 76% del agua concesionada en México es utilizada en la agricultura; por tal razón, es urgente incrementar la eficiencia en el uso del agua en este sector.
Objetivos
Problema a resolver:
El impacto al medio ambiente que la agricultura convencional y la comercialización masiva de sus productos genera, así como la carencia de productos en el mercado que ofrezcan al consumidor la posibilidad de sustentar sus necesidades alimenticias básicas sin la necesidad de tener vastos conocimientos técnicos.
Objetivo general:
Automatizar el proceso de control y monitoreo de parámetros de crecimiento en un cultivo hidropónico de raíz flotante mediante la construcción de un sistema electrónico-mecánico programable basado en el uso del microcontrolador PIC18F4550 para fomentar la cultura de la sustentabilidad y proveer al usuario de una fuente propia de alimentos básicos.
Objetivos particulares:
Minimizar la intervención física del usuario en el cuidado de las plantas a través de la automatización.
Lograr una comunicación entre el sistema hidropónico y una aplicación para celular mediante el uso del módulo wifi para controlar y monitorear el sistema de manera remota.
Controlar el pH en un rango determinado mediante el uso de sensores y soluciones con el fin de mejorar la calidad de las plantas y minimizar el tiempo de cosecha.
Controlar la temperatura de la solución nutritiva en un rango determinado a través del uso del sensores y calefactores sumergibles para mejorar la absorción de nutrientes de las plantas y evitar daños en el proceso de crecimiento.
Creación de una aplicación para celular que permita el monitoreo y control del sistema que ofrezca configuraciones precargadas para determinados cultivos.
Introducción
En el mundo cada día hay menos espacios para cultivar, es por eso que surge la creciente necesidad de crear alternativas que puedan tener un menor impacto ambiental y al mismo tiempo sean de fácil acceso para la mayor parte de la sociedad. Últimamente una gran parte de la población se ha inclinado por las alternativas sustentables para cultivar alimentos de tal forma que se puedan producir alimentos en pequeñas aéreas y con el mínimo de gastos en insumos y tecnología. Con el paso del tiempo la importancia de la ecología ha incrementado lo que ha permitido aumentar los conocimientos sobre esta, así como el papel fundamental que juega en el pleno desarrollo de las generaciones futuras.
Ahora bien, la automatización como una disciplina de la ingeniería abarca la instrumentación industrial, que incluye elementos como los sensores, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar, controlar las operaciones o procesos. Por lo tanto, la automatización contribuye al uso de tecnología informática y sistemas de control para la reducción del recurso humano en un proceso. De esta forma presenta grandes ventajas en cuanto a producción más eficiente.
El proyecto gira en torno a los huertos urbanos, especialmente enfocado en los cultivos hidropónicos de raíz flotante. Todo lo anterior teniendo como trasfondo un objetivo puramente orientado a la sustentabilidad y la promoción de los auto cultivos, y, con ello, generar un impacto económico, ambiental y social, además de facilitar su expansión. El simple hecho de tener un auto cultivo en casa, aporta sustancialmente a la ecología, reduciendo las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera debidos al transporte de las producciones en masa de frutas y vegetales para llegar a su consumidor final. El uso de la hidroponía es una formidable propuesta ya que además de promover la sustentabilidad, influye significativamente en el ahorro de agua.
Benchmarking
Con el fin de conocer los productos que actualmente se encuentran en el mercado referente a los cultivos hidropónicos NFT, se investigaron los ejemplos con más ventas en las plataformas de Mercado Libre y Ali Express, mismos que son expuestos a continuación.
Sistema hidropónico tipo Nft para hortalizas
Marca o fabricante: iH.
Materiales: Madera, plástico y pvc.
Plataforma: Mercado Libre.
Precio: $3395 (envío gratis).
Características: 1 paquete de tubería PVC de 3" de diámetro. 24 canastillas hidropónicas de 2"
de diámetro. 1 reservorio con capacidad aproximada de 14 Its. 1 bomba de 600 Iph con manguera y conexión incluida. 1 timer para 8 tiempos para programar intervalos de riego continuo. 1 kg.
de Tezontle como sustrato para canastillas. 1 kg. de sustrato Fibra de Coco o Peat Moss (capacidad para 1 germinador). 1 litro de solución nutritiva para 2000 lts. de agua, especial para hortalizas. 1 semillero de germinación de 72 0 128 cavidades. 1 charola de germinación. 0.5 gramos de semilla de lechuga (rinde 400 plantas). 0.6 gramos de semilla de jitomate tipo
“saladete” (rinde 200 plantas). 1.2 gramos de semilla de pimiento verde (rinde 200 plantas). 0.2 gramos de semilla de jitomate cereza (rinde 80 plantas). Motor de 120 V con capacidad de trabajar a 600 litros por hora.
Medidas del sistema hidropónico: Alto: 1.0 m. Largo: 1.75 m. Ancho: 0.5 m.
No se considera como un dispositivo inteligente.
Kit de cultivo de tubería hidropónica.
Marca: Meigar.
Plataforma: Ali Express.
Precio: $1492 (envío gratis).
Materiales: Plástico y PVC.
Características: Voltaje de la bomba para CA es de 110-220 V. 1 soporte y tubería principal. 36 injertos de cesta. 1 esponja. 1 manguera. 1 bomba de agua. No cuenta con contenedor de soluciones. Requiere tanto el montaje, como la preparación de la solución de forma manual.
Requiere reemplazar la solución cada 2-3 días. Kit de cultivo hidropónico, 1 capa 36 sitios de plantas 4 tuberías de PVC sistema de cultivo hidropónico con bomba de agua, temporizador de bomba, cesta y esponja para verduras de hoja. El sistema produce verduras, hierbas, melones y bayas.
Dimensiones: 89 x 39 x 33 cm/35x15,4x13 cm
De los productos presentados podemos encontrar diversas ventajas o características favorables, comenzando por el ofrecido por la marca iH. En ese caso podemos ver que el diseño en madera resulta estéticamente mejor, no obstante vuelve más pesado el dispositivo, por ello no resultaría conveniente adoptar tal cualidad para nuestro diseño, ahora bien, otra ventaja importante podrían ser los elementos que incluye, entre ellos destaca la bandeja de germinación y una USB con instrucciones y recomendaciones, en este caso, los aditamentos que se pueden incluir resultan algo simple y fácil de incorporar a nuestra propuesta, por ello, serían una consideración que cambiaría de acuerdo a los costos que se manejen, es decir, podrían ofrecerse distintos paquetes, cada uno más completo y costoso que el anterior. Por otro lado, para los productos de la marca Meigar podemos encontrar una ventaja en cuanto al aprovechamiento del espacio vertical en el primer modelo, además, los materiales y diseño convierten este modelo en uno económico y fácil de fabricar, por ello, es el diseño que adoptaremos para nuestra propuesta.
Valor competitivo
Haciendo referencia a las ventajas que ofrece el producto respecto a otros está en primera instancia el tamaño, dicho producto tendrá unas dimensiones de 98*50*105 cm (largo, ancho, alto), posteriormente se encuentra el uso de sensores (pH, electro conductividad, temperatura), además del uso de lámparas que puedan sustituir a la luz solar y finalmente la conexión Wifi con la que contará todo el sistema, abriendo la posibilidad de un control y monitoreo remoto.
Características
El producto que proponemos (de manera inicial) sería un sistema hidropónico NFT automatizado.
12 agujeros de 1”.
3 lámparas con selección de 3 tipos de luz: vegetativa (VEG), germinación (BLOOM), VEG+BLOOM.
Bomba de agua recirculante de operación silenciosa.
Recirculación programada de la solución nutritiva (SN).
Control y lectura automática de pH de la SN.
Lectura automática de conductividad eléctrica de la SN.
Encendido y apagado programable de lámparas.
Control inteligente del dispositivo desde una aplicación para móvil (vía Wifi):
encendido/apagado/programación de lámparas, selección del tipo de luz, acidez de la SN, vertido de agua, vertido de soluciones madre, selección de temperatura de tanque de SN, programación/encendido/apagado del recirculado de SN, monitoreo en vivo de todos los sensores; pH, CE, temperatura de la SN, temperatura ambiente y nivel de tanques.
Filtro para retorno de agua (integrado en tubo de retorno: removible).
Contenedor de solución nutritiva de 20 L.
Contenedor de agua de 60 L.
Contenedores de control de 1 L: soluciones madre (SM1 y SM2) y ácido.
Control y monitoreo automático de temperatura.
Sobre la automatización
Con la automatización se pretende que el usuario únicamente realice las siguientes acciones:
Rellenado de tanque de agua y de contenedores de control: ácido, SM1 y SM2.
Limpieza del sistema (aproximadamente cada 10 días).
Selección del tipo de luz.
Cosechado y siembra de las plantas.
Programación de la recirculación de la SN.
Minimizar los conocimientos técnicos que implica el control de los parámetros principales, así como ahorrarle la compra de dispositivos de medición y monitoreo.
La elaboración y comercialización de un sistema hidropónico de raíz flotante para promover la sustentabilidad nos obliga a ofrecer una garantía de calidad de nuestro producto. Esto conlleva entonces un exhaustivo desarrollo de técnicas e investigación, por lo tanto, impulsar la cultura de la sustentabilidad y la autosuficiencia ante la preocupación generada tras la escasez de áreas verdes en la ciudad será siempre el principal problema a resolver del proyecto, disminuyendo de esta manera el impacto al medio ambiente que la agricultura convencional y su comercialización masiva genera.
El desarrollo de las nuevas tecnologías o la implementación de nuevas técnicas no son las únicas causas de la alteración del medio ambiente, este problema se encuentran en gran medida relacionado con la intervención del hombre y la forma de llevar a cabo su vida cotidiana, en la falta de conciencia pública y política, eso sin mencionar las regulaciones ineficientes o de igual manera por una falta de conocimientos e información, así como que existen diferentes preocupaciones ambientales de cada zona o localidad. Es por eso que los huertos urbanos funcionan como una gran alternativa para el cuidado del medio ambiente, por ejemplo, la hidroponía permite controlar con mayor eficiencia la cantidad de agua y nutrientes que se utilizan en los cultivos además de que no hay tierra donde puedan crecer hierbas intrusas y con ello se ahorra dinero, tiempo y esfuerzo. El proyecto como un producto terminado se enfoca en aquellos usuarios que quieran empezar a indagar en el mundo de la sustentabilidad desde los huertos urbanos, especialmente en aquellos que implementan la hidroponía y que a su vez no cuentan con un espacio destinado para el cultivo de alimentos (jardín).
Prototipo
Referencias
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http://cuentame.org.mx/territorio/agua/usos.aspx?tema=T
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HANNA. (2017). Midiendo el oxígeno disuelto en soluciones nutritivas para hidroponía |
HANNA Instruments Bolivia. hannabolivia.
https://www.hannabolivia.com/blog/post/121/midiendo-el-oxigeno-disuelto-en- soluciones-nutritivas-para-
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