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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
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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
Christopher Jordy Arteaga Reyes
Teléfono:
09843932060
0989961713
Email: [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]
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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
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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.
Clara Gabriela García Flores
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.
Christopher Jordy Arteaga Reyes
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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.
Clara Gabriela García Flores
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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
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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.
______________________________________
Clara Gabriela García Flores
C.I. N° 0930999602
______________________________________
Christopher Jordy Arteaga Reyes
C.I. N° 2450000290
-
IX
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 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
Christopher Jordy Arteaga Reyes
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
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
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
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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
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 2 ---------------------------------------------------------------- 44
TABLA 14
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 3 ---------------------------------------------------------------- 45
TABLA 15
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 4 ---------------------------------------------------------------- 46
TABLA 16
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 5 ---------------------------------------------------------------- 47
TABLA 17
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 6 ---------------------------------------------------------------- 48
TABLA 18
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 7 ---------------------------------------------------------------- 49
TABLA 19
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 8 ---------------------------------------------------------------- 50
TABLA 20
TABLA DE ESTIMACIÓN DEL SPRINT N.º 1 ---------------------------------------------------------- 51
TABLA 22
TABLA DE ESTIMACIÓN DEL SPRINT N° 2 ----------------------------------------------------------- 51
TABLA 23
TABLA DE ESTIMACIÓN DEL SPRINT N° 3 ----------------------------------------------------------- 52
TABLA 24
TABLA DE ESTIMACIÓN DEL SPRINT N° 4 ----------------------------------------------------------- 52
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
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 1 ---------------------------------------------------------------- 55
-
XX
TABLA 28
RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 1 ------------------------------------------------------- 55
TABLA 29
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 2 ---------------------------------------------------------------- 56
TABLA 30
RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 2 ------------------------------------------------------- 56
TABLA 31
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 3 ---------------------------------------------------------------- 57
TABLA 32
RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 3---------------------------------------------------- 57
TABLA 34
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 4 ---------------------------------------------------------------- 58
TABLA 34
RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 4 ------------------------------------------------------- 58
TABLA 35
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 5 ---------------------------------------------------------------- 58
TABLA 36
RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 5 ------------------------------------------------------- 59
TABLA 37
RESULTADO FINAL DEL CRITERIO DE FUNCIONALIDAD -------------------------------------- 59
TABLA 38
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 1 ---------------------------------------------------------------- 60
TABLA 39
RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 1 ------------------------------------------------------- 61
TABLA 40
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 2 ---------------------------------------------------------------- 61
TABLA 41
RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 2 ------------------------------------------------------- 62
-
XXI
TABLA 42
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 3 ---------------------------------------------------------------- 62
TABLA 43
RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 3 ------------------------------------------------------- 63
TABLA 44
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 4 ---------------------------------------------------------------- 63
TABLA 45
RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 4 ------------------------------------------------------- 64
TABLA 46
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 5 ---------------------------------------------------------------- 64
TABLA 47
RESULTADOS FINAL DE LA PREGUNTA N.º 5 ------------------------------------------------------- 65
-
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
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 1 ---------------------------------------------------------------- 43
FIGURA 17
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 2 ---------------------------------------------------------------- 44
FIGURA 18
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 3 ---------------------------------------------------------------- 45
FIGURA 19
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 4 ---------------------------------------------------------------- 46
FIGURA 20
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 5 ---------------------------------------------------------------- 47
FIGURA 21
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 6 ---------------------------------------------------------------- 48
FIGURA 22
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 7 ---------------------------------------------------------------- 49
FIGURA 23
RESULTADOS DE LA PREGUNTA N.º 8 ---------------------------------------------------------------- 50
TABLA 20
TABLA DE ESTIMACIÓN DEL SPRINT N.º 1 ---------------------------------------------------------- 51
TABLA 21
TABLA DE ESTIMACIÓN DEL SPRINT N.º 2 ---------------------------------------------------------- 51
FIGURA N. 24
EVALUACIÓN FINAL DEL CRITERIO DE FUNCIONALIDAD ------------------------------------ 60
FIGURA N. 25
EVALUACIÓN FINAL DEL CRITERIO OPERACIONAL --------------------------------------------- 66
-
XXIV
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
DISEÑO DE PROTOTIPO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO
EN HIDROPONÍA PARA CULTIVOS DE
LECHUGA, BASADO EN LOS
PARÁMETROS QUÍMICOS
DE LA SOLUCIÓN
HIDROPÓNICA
Autor(a)(es): Clara Gabriela García Flores
C.I. N° 0930999602
Christopher Jordy Arteaga Reyes
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
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
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
Christopher Jordy Arteaga Reyes
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.
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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
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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
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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.
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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.
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● 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
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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.
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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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
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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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
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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)
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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)
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Figura 5
Rango de pH
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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)
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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)
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Arduino Uno
Figura 6
Arduino Uno
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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
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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
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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.
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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
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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Arduino MEGA
Figura 8
Arduino MEGA
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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.
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Sensor de Potencial de Hidrogeno (pH)
Figura 9
Sensor de pH
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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Sensor De Turbidez
Figura 10
Sensor de Turbidez
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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
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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:
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Sensor Temperatura DS18B20
Figura 11
Sensor Temperatura Ds18b20
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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
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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
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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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:
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Ubidots
Figura 13
Ubidots
Nota:. Realizado por Clara García y Christopher Arteaga. Datos de la Investigación
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?
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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.
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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)
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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)
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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