NOMBRE DEL
PROYECT O
AUTOMATIZACIÓN DE LOS PRINCIPALES PROCESOS DE UN CULTIVO HIDROPONICO NFT. PRESENTA: AZUCENA OM JOSE LUIS GO
PARA OBTENER EL TITULO DE: ING. MECATRONICO
POZA RICA DE HGO., VER.
7 ENERO DE 2014
INDICE GENERAL
N° PAG.
INTRODUCCION..............................................................................................................................................1 1.1 -objetivos…………………………………………………………………………………………………………..2 1.2 -justificación………………………………………………………………………………………………...……2 1.3 – problema a resolver……………………………………………………………………………………….. 5 1.4 –metodología…………………………………………………………………………………………………….6 2 –DESARROLLO TEORICO………………………………………………………………………………………8 2.1 –hidroponía……………………………………………………………………………...……………………….8 2.2 -¿qué es la hidroponía?.........................................................................................................................9 2.3 -cómo funciona la hidroponía…………………………………………………………………………..12 2.4 -ventajas y desventajas de la hidroponía…………………………………………………………..15 2.5 -sustratos para la hidroponía y sus característica…………..………………………..………17 2.5.1-tipos de sustratos……………...………………………………………………………………………….20 2.6-técnicas hidropónicas........................................................................................................................25 2.6.1 - la hidroponía utilizando las técnicas de sustratos...........................................................25 2.6.2-técnicas de cultivos en solución................................................................................................27 2.6.3- raíz flotante (técnica estacionaria)..........................................................................................27 2.6.4- técnica laminar nutritiva (NFT)................................................................................................28 2.6.5 -técnicas hidropónicas aéreas.....................................................................................................29 2.6.6-técnica para forraje verde hidropónico..................................................................................30 2.6.7-composición y nutrición de las plantas hidropónicas……………………………………...31 2.7-elementos a considerar para realizar un cultivo hidropónico........................................34 2.8-factores de mayor importancia dentro de un cultivo hidropónico..............................37 3-SELECCIÓN DE UNA TÉCNICA DE CULTIVO HIDROPÓNICA PARA SU IMPLEMENTACIÓN.....................................................................................................................................41
3.1-experimentación con la técnica de cultivo NFT......................................................................42 3.2- diseño preliminar del cultivo hidropónico utilizando la técnica NFT.........................43 3.3-delimitación del área en la que se desarrollara el cultivo y su estructura…………...44 3.4-materiales para cultivo hidropónico NFT.................................................................................45 3.5-selección de las semillas a emplear y siembra........................................................................45 3.6-construcción de la estructura para un sistema de cultivo con técnica NFT...............47 3.7-fertilizante hidropónico para las plantas..................................................................................51 3.8-crecimiento de las plantas pasados algunos días después de la plantación..............52 3.9 -tiempos para el trasplante del germinador hacia el sistema NFT................................53 3.10-medios para contener la planta en el sistema NFT.............................................................53 3.11-sustrato para las plantas...............................................................................................................54 3.12-preparacion del fertilizante para las plantas.......................................................................54 3.13-¿cómo se siembran los cultivos?.................................................................................................55 3.14- extracción de las plantas de los semilleros...........................................................................56 3.15- inserción en tubos de PVC............................................................................................................60 4 -ELEMENTOS PARA LA AUTOMATIZACION…………………………………………………………64 4.1 -Automatización de los principales procesos de un cultivo hidropónico……………..64 4.2 -Instrumentación…………………………………………………………………………………………….65 4.3 -Microcontrolador pic16f877a…………………………………………………………………………65 4.4 -Microcontrolador Pic16f628a…………………………………………………………………………66 4.5 -Integrado 40106…………………………………………………………………………………………….68 4.6 -Sensor de temperatura LM35………………………………………………………………………….69 4.7 -Bomba hidráulica…………………………………………………………………………………………...70 4.8 -tipo de cultivo a utilizar…………………………………………………………………………………..71 4.9 -Factores de gran importancia dentro de un cu ltivo y procesos a automatizar……72
4.10 -Formas en cómo se realizara la automatización de procesos…………………………..73 4.11 –sistema de monitoreo de los sensores ………………………………………………………….75 412 -Simulación del comportamiento de los sensores………………………………….…………77 4.13 -establecimiento de fechas y visualización………………………………………………..…….78 4.14 -Parte de control automático………………………………………………………………………….79 4.15 -Sensores para la lectura de niveles………………………………………………………………..80 4.16 -La programación de cada uno de los microcontroladores………………………..……..81 4.17 Diseño de los pcbs ………………………………………………………………………………………….86 4.18 -Conclusiones y recome ndaciones………………………………………………………………….87 4.19 –Bibliografía………………………………………………………………………………………………….89
1. INTRODUCCION. La hidroponía o agricultura hidropónica es un método utilizado para cultivar plantas usando soluciones minerales en vez de suelo agrícola. La palabra hidroponía proviene del griego, hydro = agua y ponos = trabajo. Las raíces reciben una solución nutritiva equilibrada disuelta en agua con todos los elementos químicos esenciales para el desarrollo de la planta. Y pueden crecer en una solución mineral únicamente o bien en un medio inerte como arena lavada, grava o perlita. Los investigadores en fisiología vegetal descubrieron en el siglo XIX que las plantas absorben los minerales esenciales por medio de iones inorgánicos disueltos en el agua. En condiciones naturales, el suelo actúa como reserva de nutrientes minerales pero el suelo en si no es esencial para que la planta crezca. Cuando los nutrientes minerales de la tierra se disuelven en agua, las raíces de la planta son capaces de absorberlos. Hoy en día esta actividad está tomando mucho auge en los países donde las condiciones para la agricultura resultan adversas, combinando la hidroponía con un buen manejo de invernadero se llegan a obtener rendimientos muy superiores a los que se obtienen en cultivos a cielo abierto. Este proyecto tiene como principal objetivo realizar la automatización de los principales procesos de un cultivo hidropónico, de forma que se disminuya la intervención humana en sus cuidados y se obtengan mejoras en su desempeño. Para ello es necesario tener una instalación que cuente con un cultivo hidropónico, para diseñar un sistema que controle de forma autónoma sus procesos y que sea ideal para el cultivo, es por lo cual nos dimos a la tarea de investigar en qué consistía esta técnica innovadora de la agricultura y teniendo los conocimientos necesarios para cultivar una planta de esta forma
iniciamos la construcción de un cultivo
hidropónico NFT (técnica de la película de nutrientes) . La construcción de un sistema de este tipo nos permitió estudiar y analizar, los principales procesos involucrados en un cultivo hidropónico. Las tareas identificadas como las más críticas fueron la recirculación y oxigenación de la solución nutritiva, así como la reposición de agua y nutrientes consumidos por la huerta. Posteriormente, se realizó la selección y puesta en funcionamiento de un sistema automático que manejara dichos procesos. 1
1.1 OBJETIVOS:
Objetivo general.
Realizar la automatización de los principales procesos involucrados en un sistema de cultivo hidropónico, de tal forma que con ello se reduzca la intervención humana en su manejo, se obtenga un mejor desempeño del sistema y mayor producción, finalmente aplicar dicho diseño a un sistema casero para observar su desempeño y nos proporcione información necesaria para poderlo aplicar a un sistema de producción comercial. Objetivos específicos. 1-Conocer los principales procesos involucrados en un sistema de cultivo
hidropónico. 2- Identificar los procesos que con la automatización nos proporcionaran un mejor
desempeño de sistema. 3- teniendo los conocimientos teóricos de esta técnica ponerla en práctica construyendo un cultivo hidropónico casero. 3- Diseñar un sistema de automatización de los procesos de cultivo hidropónico utilizando un micro controlador y sensores en conjunto. 4-Implementar el diseño realizado en un sistema cultivo hidropónico de lechuga
casero y evaluar su desempeño.
1.2 JUSTIFICACIÓN. Hoy en día nos enfrentamos a un mundo en el que mientras más rápido se produzca y se venda es mejor, esto conlleva a que se modifiquen la mayor parte de los alimentos, que son forzados a crecer de forma rápida y con gran cantidad de químicos, con esto me refiero a las plantas y animales,
actividad que favorece
principalmente a los productores masivos, pero que afecta a los consumidores como tal, ya que esos productos a largo tiempo provocan una serie de fallas en nuestro 2
organismo, principalmente cáncer. Por eso es mejor optar por productos que no contengan tantos químicos y por supuesto que al ser producidos sean de maneras más amigables con el medio ambiente, en respuesta a esto desde ya hace largo tiempo han surgido actividades de cultivo alternativas que satisfagan estas demandas, las cuales permiten un desarrollo sustentable en equilibrio con la naturaleza. Desde hace mucho tiempo atrás en la época de los aztecas se practicaba una agricultura sobre jardines flotantes, sobre los lagos actividad que le beneficiaba mucho a las plantas pues estas tomaban el agua que necesitaban directamente del lago, evitando así a los agricultores tener que regar las platas, en otras culturas de igual forma de hacia los mismo, con el tiempo se fueron perfeccionado estas técnicas hasta que surgió como tal La hidroponía o agricultura hidropónica es un método utilizado para cultivar plantas usando soluciones minerales y sustratos
en vez
de suelo agrícola. La cual consiste en que las raíces reciben una solución nutritiva equilibrada disuelta en agua con todos los elementos químicos esenciales para el desarrollo de las plantas, En un jardín hidropónico, este nutriente solución puede circular alrededor de las raíces ya sea por fuerza de gravedad , o por la fuerza activa de una bomba . Algunos sistemas bañan las raíces con la solución nutritiva y utilizan una bomba de aire para oxigenar la solución de abajo, esto ayuda a evitar el estancamiento y proporciona a las raíces el oxígeno que tanto necesitan. Las plantas cultivadas usando las técnicas hidropónicas son generalmente más sanas que las plantas que se extraen del suelo cultivado. Debido a que las plantas hidropónicas reciben un casi perfecto equilibrio en su dieta , y rara vez están en contacto con las plagas y enfermedades del suelo, debido a que solo necesitan una solución mineral , un medio inerte, como arena lavada, grava o perlita, entre muchas otras. La hidroponía es un técnica de cultivo muy utilizada en países europeos donde esta ocupa un 70% de los cultivo, además de que les permite obtener una mayor producción en muy poco espacio y se coloca como un medio de producción agrícola alternativo muy sustentable que incluso rebaza al cultivo tradicional en tierra. En México las personas que se dedican a la hidroponía lo hace de forma artesanal y la mayor parte de las personas dedicadas a la agricultura lo hacen de la forma tradicional, cultivando la tierra. Es por este motivo que se considera que la agricultura 3
hidropónica apenas inicia su desarrollo en México. De los pocos invernaderos que se instalan en regiones del país mucho de ellos fracasan debido a que las personas no conocen su funcionamiento o requerimientos, es por eso que automatización de un cultivo hidropónico proporcionara un mejor manejo de este tipo de cultivo ya que la mayoría de los procesos estarían controlados. Veracruz es una región agrícola, en la que casi no se conoce este tipo de cultivo que ofrece grandes beneficios, ya que es posible producir más en un menor espacio y mejores productos libres de pesticidas, además de que dicha actividad es incluso aplicada para forrajes que crecen rápidamente, que es de gran ayuda para épocas en las que no hay lluvias para que el pasto crezca de manera natural en la tierra, como mencionamos anteriormente se reduce, el uso de pesticidas para control de las plagas, preparación de suelos, incluso de trabajadores para realizar todas las actividades que conlleva la preparación de un cultivo, por ende se reduce costos de producción. Si se toman en cuenta las múltiples ventajas que presenta la hidroponía como un Medio para mejorar la producción y calidad de los alimentos, es de gran importancia que se desarrollen y se den a conocer para tener mejores rendimientos especialmente para una región como esta en la que sería una excelente opción tanto por su clima. La automatización es una de los pasos más básicos para agilizar y optimizar procesos productivos. Por qué nos permite tener un proceso más controlado y no necesitar mucha supervisión humana ya que los procesos serán realizados de forma automática. Es por ello que nos dimos a la tarea de diseñar un sistema de cultivo hidropónico casero, teniendo como base este diseño implementar la automatización de los principales procesos del cultivo, observar el desempeño del sistema en conjunto tanto en el nivel electrónico aplicado para la automatización asi como la respuesta del cultivo y en base a ello obtener conocimiento que nos permitan posteriormente realizar un diseño de ambos sistemas de manera más adecuada y poder aplicarse a nivel comercial.
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1.3 PROBLEMA A RESOLVER. El cultivo hidropónico es un proceso delicado que requiere una supervisión y cuidados especiales, para los vegetales o plantas que se están cultivando ya que como sabemos estos dependen de un flujo de agua previamente preparado con elementos minerales que les proporciona los nutrientes necesarios para seguir creciendo, además de que es muy importante la oxigenación de las raíces de las plantas, estos son unos de los procesos más importantes en un cultivo hidropónico ya que se están desarrollando en un medio en el que naturalmente no se crecerían ni sobrevivirían. El conjunto de procesos que constituyen un sistema de cultivo hidropónico, involucran una cantidad de trabajo muy importante, actividades mediante un sistema automático, tendría
que de no ser realizadas
que ser realizado de manera manual
durante todos días o el tiempo hasta que se desarrollen las plantas, ya que se estaría revisando que el flujo de agua llegue correctamente a todas las planta, encendiendo las bombas para oxigenar a las plantas y para alimentarlas. Tareas
que de no ser
cumplidas diariamente ocasionarían graves estragos en las plantas que se están cultivando. Como
mencionamos anteriormente muchas de las huertas hidropónicas
implementadas en nuestro país fracasan debido a que no se tiene el cuidado y el manejo adecuado de este sistema, Por lo tanto poder diseñar la automatización de un sistema de cultivo hidropónico casero , nos ayudaría a resolver muchos de estos problemas asociados al trabajo humano continuo que requiere un sistema de este tipo para un óptimo funcionamiento, siendo esto mejor aun cuando después de diseñado este sistema pueda ser aplicado en un cultivo hidropónico casero de lechugas, observar su desempeño y poder aplicarla a un sistema de cultivo más grande para una comercialización.
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1.4 METODOLOGIA Para poder lograr a cabo cada uno de los objetivos planteados en este proyecto se llevaran a cabo cada una de las siguientes actividades las cuales nos ayudaran a conocer más a fondo sobre el tema de la hidroponía y sus requerimientos, dando como resultado una resolución a nuestro problema.
Objetivo.
Actividades. *- Buscar información en libros sobre cultivos hidropónicos.
Conocer los principales procesos involucrados en una huerta Hidropónica.
*- Buscar información en sitios web que ofrecen información y cursos gratuitos de hidroponía. *Investigar sobre técnicas y recomendaciones generales que mejoran el rendimiento del tipo de huerta hidropónica seleccionada. *-
Identificar losnos procesos que con la un automatización proporcionaran mejor desempeño de sistema.
Seleccionar las tareas de
mantenimiento la huerta son repetitivas y quedeson las queque mayor cantidad de tiempo consumen. *- Definir las tareas más delicadas de ejecutar, y que por su grado de importancia sería recomendable que se hicieran de forma automática y no manual. *- seleccionar el tipo de cultivo hidropónico ya sea flotante o o por conducción NFT.
Diseñar un sistema de automatización para los procesos de un cultivo hidropónico casero, utilizando un microcontrolador.
*- seleccionar el tipo de microcontrolador a utilizar tomando en cuenta cada una de las variables que se van a estar manejando en el sistema. *- seleccionar los sensores y diseño de etapas de potencia para las cargas que 6
serán accionas en su caso serán bombas de suministro.
*- seleccionar el lugar donde se realizara
la instalación del sistema. *seleccionar el tipo de plantas a cultivar así como el fertilizante adecuado. *siembra de las plantas elegidas *- construir la parte que albergara a las
plantas así como la conducción del agua en el sistema. *- hacer el trasplante de las plantas hacia el nuevo lugar de desarrollo y poner en marcha el sistema.
Implementar en un cultivo hidropónico casero la automatización de procesos, para observar su desempeño y obtener información para una aplicación comercial.
*observar el sistema y adaptar a este la automatización de los procesos más importantes y repetitivo. *- seleccionar los materiales básicos para el sistema, así como los equipos para la automatización. *- instalar los sensores y equipos. *- programar el microcontrolador para leer los sensores y activar las cargas según sea el caso. *- examinar el crecimiento de las plantas durante su etapa de desarrollo y evaluar el desempeño del sistema. *- plantear posibles mejoras o modificaciones al sistema para mejorarlo y llevarlo a cabo en un invernadero. 7
2 DESARROLLO TEÓRICO
2.1 Hidroponía Desde sus inicios las grandes civilizaciones base
de
su
tuvieron como desarrollo
y
prosperidad, la agricultura ya que constituía su principal fuente de alimento, por siglos las técnicas de cultivo se fueron perfeccionado y transmitidas de generación en generación. Desde hace algunos años la 1 fig.: agricultores construyendo chinampas sobre el lago de Xochimilco, los inicios de la hidroponía en M éxico.
aplicación de la ciencia en la agricultura
permitió
la
modificación genética de las plantas, para mejorarlas y el uso de agentes químicos para combatir plagas.
Las técnicas de cultivo se mejoraron y se desarrolló la
hidroponía, que quiere decir (trabajo en agua) y consiste en cultivar plantas en agua. esta técnica ya antes era usada por los aztecas con el uso de chinampas las cuales eran un tipo de jardines flotantes, estaban fabricados de un armazón y lodo que se construían en el lago de Xochimilco, estos terrenos quedaban completamente fértiles para cultivarse. pero
muchos creen que la hidroponía empezó en la antigua
Babilonia, en los famosos Jardines Colgantes, en lo que probablemente fuera uno de los primeros intentos exitosos de cultivar plantas hidropónicamente, también Los principios son encontrados en China, Egipto e India. La hidroponía es tan antigua como la misma civilización humana, el término como tal fue acuñado 1929, donde William F. Gricke, profesor de la Universidad de California, Davis, define el proceso como hidroponía que significa "trabajo en agua ". Durante la segunda guerra mundial las fuerzas aliadas instalan en sus bases sistemas hidropónicos para proveer de vegetales y frutas frescas a las tropas en conflicto. A partir de esto, la hidroponía comercial se extiende en el mundo. 8
2.2 ¿Qué es la hidroponía? El término hidroponía procede de las palabras griegas hydro (agua) y ponos (trabajo), y literalmente significaría trabajo en el agua. También se le conoce como la agricultura del futuro ya que forma parte de la agricultura sustentable y alternativa. La hidroponía es una técnica que permite cultivar plantas sin la necesidad de tener suelo como sustrato. El éxito de dicha técnica de cultivo, consiste en la incorporación de los nutrientes que la planta necesita para crecer en el agua de riego, de forma que la planta se nutre a través del agua con que también se hidrata, esto se logra mediante soluciones nutritivas. En síntesis, las raíces reciben una solución nutritiva equilibrada disuelta en agua con todos los elementos químicos esenciales para el desarrollo de la planta. Se puede dar de manera exitosa tanto en pequeña como a gran escala, pero en México este tipo de agricultura se utiliza principalmente de manera artesanal y pocos conocen su función. La hidroponía surgió por una necesidad debido a que la
mayoría de las aéreas
agrícolas ya no son tan productivas como algún tiempo lo fueron, ya sea por la falta de agua, la poca fertilidad de los suelos, espacio, los cambios climáticos, por la sobre explotación de suelos.
Por ello es que han
buscado alternativas tecnológicas que permitan cultivar a cualquier persona productos de calidad a bajos costos en pequeños o grandes espacios y que permita
producir
2 fig.: plantación de tomate hidropónico en sustrato de coco en etapa de cosecha.
todo el año.
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La hidroponía te permite diseñar estructuras simples y/o complejas favoreciendo
las
condiciones
ambientales idóneas para producir cualquier planta de tipo herbáceo aprovechando
en
su
totalidad
cualquier área (azoteas jardines, suelos infértiles, terrenos escabrosos, etc) sin importar las dimensiones como el estado físico de estas. Es una técnica desarrollada a partir del
conocimiento
de
la
planta
proporcionada por una gran cantidad
3 fig. : C ultivo hidropónico vertical de lechuga usando tubos de pbc como medio de conducción de agua para alimentar alas plantas.
de investigadores que sacaron conclusiones de sus propios experimentos. Es por ello que la hidroponía toma las 3 bases para un buen desarrollo de la planta los cuales presento a continuación, La tierra de cultivo tiene tres funciones fundamentales para el desarrollo de la planta: 1.- Sostener a la planta 2.- Proveer nutrientes 3.- Reserva de humedad Considerando esto, la hidroponía es la técnica racional de la sustitución, pues se trata de proveerle a la planta
4 fig: Primer experimento hidropónico en el cual se colocaba una planta en un vaso con un corcho y solución nutritiva.
estas condiciones, pero sin los inconvenientes que la tierra representa (residualidad de sustancias nocivas, altas concentraciones de microorganismos).
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Esta agricultura sin suelo (hidroponía) lamentablemente no ha sido difundida en gran parte de nuestro país hecho que hace que la gente crea que es muy complicada de utilizar y que solo personas muy capacitadas con altos grados de conocimientos en plantas podrían realizarlo, sin embargo en este proyecto te mostraremos que no es así, por lo contrario es muy práctica y tiene muchas ventajas. En países de primer nivel especialmente los que cuentan con poco territorio como Holanda, china, Japón Israel Bélgica y España son los que lideran en el uso de esta técnica de cultivo debido a sus beneficios ya que los rendimientos obtenidos con hidroponía superan enormemente a Las producciones llevadas a cabo en tierra. Por ejemplo, lechugas que se cultivan el suelo en promedio se siembran entre 6 – 8 plantas por metro cuadrado, mientras que mediante el huso de la hidroponía se pueden llegar a tener hasta 25 – 30 plantas de lechuga por metro cuadrado, esta relación es parecida a otras verduras como tomate cilantro, repollo, etc.
5 fig.: ejemplo de cultivo en suelo y cultivo hidropónico se observa la gran diferencia en la capacidad de producción de esta técnica.
Teniendo en cuenta que un país con poco territorio para cultivo o con territorios que no son aptos para la agricultura tradicional constituye un gran avancé ya que les permite tener cultivos en áreas donde antes no crecería ningún tipo de planta debido al suelo o las elevadas temperaturas, pero con los recientes avances es posible controlar el clima en el que crece la planta y tener producción todo el año.
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2.3 ¿Cómo funciona la hidroponía? Antes de explicarles cómo funciona deben saber que el uso de la hidropónica, no solo es para grandes productores, es una alternativa para todo tipo de personas. La cual básicamente Consiste en cultivar las plantas en recipientes, con sustratos formados por diversos materiales, como serrín, arena, lana de roca, perlita, arcilla expandida, piedra molida, etc. También se suele utilizar espuma como sustrato para que la planta se sostenga y sus raíces absorban el agua. Debe mantenerse este sustrato siempre húmedo, pero con buen drenaje, incorporando al agua una combinación de abonos químicos, que ofrezcan a la planta todos los nutrientes que necesita, y de los que carece al no estar en tierra. Existen varias formas de cultivar pero todas tienes el mismo principio, usar una solución con nutrientes sobre las raíces de la planta.
Agua con
Contenedor o conductor del agua a las raíces de la planta
1- El agua se vierte el los tubos. 2- Tubos hacen llegar el agua hasta las raíces de las plantas para que están la absorban
en la imagen se muestra un ejemplo de cómo funciona una técnica hidropónica ala que se le conoce como técnica de la película de nutrientes (NFT) , en el cual viene un diagrama de los principales elementos de un cultivo hidropónico NFT , se observa como el agua con nutrientes pasa sobre las raíces de las plantas , hidratando sus raíces constante mente para que crezca sanamente, el agua llega a un tanque de captación y vuelve a regresar a los tubos para pasar de nuevo sobre las raíces, esta actividad ayuda además ala oxigenación del agua 12
Solución nutritiva.
Técnicas de cultivo hidropónico
Hidroponía
Medios de anclaje y sostén.
Estos elementos son esenciales para producir cualquier planta en forma hidropónica, cada uno de estos constituyen la parte fundamental de las técnicas hidropónicas. Medios de anclaje y sostén hacemos referencia a sustratos o estructuras, las cuales
permitirán hacer fluir o mantener la solución nutritiva por ciertos periodos. A partir de este principio se desarrollaron técnicas que se apoyan en sustratos (medios que sostienen a la planta), en sistemas re-circulantes, flotantes y aéreos sin perder de vistas las necesidades de la planta como temperatura, humedad, agua y nutrientes. Para hacer eficiente estas técnicas necesitas implementar un fertilizante para preparar una solución nutritiva que contengan los elementos esenciales para el desarrollo de la planta Pero como sabemos en este mundo nada es perfecto, así que también la hidroponía tiene sus defectos, y cuenta con algunas desventajas que son casi imperceptibles como el costo inicial el cual resulta elevado, esto se debe a la falta de información y que no nos permite adoptar la idea de las plantas como un ser vivo, esta deficiencia de conocimientos a rezagado hasta cierto punto a la hidroponía permitiendo creer a la gente que solo los agricultores o personas dedicadas al estudio de la plantas lo puede practicarla, sin embargo esto es una mentira ya que están fácil dejando claro que cualquier persona lo pude hacer ya sea un ama de casa , un niño o un físico matemáticos . Otra parte muy importante de la hidroponía es que permite atender las necesidades alimenticias sin pensar en grandes densidades o mayor número de plantas, con esto nos referimos a lograr cultivos hidropónicos en casa, en el jardín y 13
la azotea ya sean hortalizas, flores y pequeños arbustos o frutillas con mayor atención pero funcional permitiéndote crear un huerto urbano permitiéndote crear una alimentación saludable como una buena forma de terapia ya que ayuda a bajar los altos niveles de estrés. A continuación presentamos un cuadro comparativo de los aspectos esenciales a cuidar cuando se realiza cultivos en suelo, y sin suelo. Mostrándoles las ventajas de esta sobre el suelo para producir. Características esenciales.
Sobre suelo.
Sin suelo hidroponía
Nutrición de la planta
Es difícil controlar debido a Se tiene estabilidad su variabilidad por el permitiendo monitorear y medio ambiente corregir
Espaciamiento
Se limita su fertilidad y la Altas densidades y mayor densidad de plantación es aprovechamiento de menor espacio y luz.
Control de maleza
Se tiene mayor presencia Disminuye la población y de malezas resultan casi inexistentes
Enfermedades y patógenos en el suelo
Son propensas a No existen patógenos enfermedades producidas debido a que se sustituyó por el suelo el suelo
Agua
Tiende a un estrés hídrico debido que aunque le suelo tenga agua no está disponible en su totalidad.
No existe tal estrés ya que las técnicas hidropónicas tienen siempre disponible el agua
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2.4 Ventajas y desventajas de la hidroponía. Ventajas
Se puede lograr un balance ideal de aire, agua y nutrientes; ya que se puede tener una humedad uniforme y controlada de los cultivos mediante la manipulación de los drenajes. Además es posible corregir fácil y rápidamente la deficiencia o el exceso de un nutriente, así como también se puede tener un adecuado control del pH del cultivo. Adicionalmente, se tiene la posibilidad de enriquecer los productos alimenticios con sustancias como vitaminas o minerales. Es posible cultivar repetidamente la misma especie de planta y realizar varias cosechas al año. Esto es debido a que no seda el fenómeno de agotamiento de suelos. Es posible obtener un gran ahorro en el consumo de agua dado que los drenajes se pueden controlar. Este ahorro es particularmente grande en los sistemas re circulantes. Además se logra uniformidad de cultivos y excelentes condiciones para semilleros. Casi no hay gasto en maquinaria agrícola ya que no se requiere preparar la tierra para sembrar. En pequeña escala la inversión inicial es baja y la recuperación es siempre rápida.
6 fig.: los cultivos hidropónicos ofrecen la ventaja de productos limpios, que no desperdician agua durante su crecimiento ya que esta se esta recirculando en el sistema para ser absorbida totalmente por las plantas.
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Se tiene una reducción de costos de producción a mediano plazo. También se tiene más alto rendimiento por superficie debido a que permite una mayor densidad de población. Se obtiene una mayor calidad y un crecimiento más acelerado de las plantas y mayor limpieza e higiene de los cultivos, debido a un mayor control del entorno. No es tan sensible a fenómenos meteorológicos si se tiene una adecuada protección de los mismos; ya sea con sistemas de invernadero, clima controlado o cobertura de cultivos. Se reduce en gran medida la contaminación del medio ambiente y los riesgos de erosión. Además de que permite el uso de terrenos no aptos para la agricultura tradicional. Desventajas
Se requiere cuidado con los detalles y para su manejo a escala comercial se necesita de conocimiento técnico combinado con la comprensión de los principios de filosofía vegetal y de química orgánica. Se necesita conocer y manejar la especie que se cultive en el sistema. Se requiere de agua continuamente. A diferencia de los cultivos en tierra, los cultivos hidropónicos son extremadamente sensibles a la falta de agua, incluso por periodos cortos de tiempo. En el ámbito comercial el gasto inicial es relativamente alto; esto hace que quien ya cuenta con dinero invertido en maquinaria y 7 figura. Inspección de fresas hidropónicas.
terrenos para cultivos tradicionales opte por no hacer el cambio a la hidroponía. No
existe una difusión amplia de lo que es la hidroponía.
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2.5 Sustratos para la hidroponía y sus características. ¿Qué es u n sustrato hidropónico?
Un sustrato es un medio solido e inerte, que protege y da soporte ala planta para el desarrollo de la raíz en las hortalizas y flores, permitiendo que la solución nutritiva se encuentre disponible para su desarrollo. ¿Qué características debe tener un buen sustrato?
Desde los inicios de la hidroponía los sustratos eran considerados como un material de gran importancia, ya que estos debían de reunir una serie de características que fuesen favorables para nuestro cultivo. Sin embargo, no siempre un sustrato reúne todas las características deseables, es por ello que se recurre a realizar mezclas de los mismos, buscando que unos aporten lo que les falta a otros, a continuación enlistaremos algunas de las propiedades generales que debe de reunir un buen sustrato.
8 figura: ejemplos de sustratos más usado en hidroponía.
-retención de humedad La retención de humedad por el sustrato, determina la posibilidad de que la planta tenga disponibles los nutrientes para que esta pueda realizar sus procesos metabólicos (fotosíntesis, traspiración, respiración y
9 figura: piedra porosa con buena aireación.
procesos reproductivos). Para que esta retención de humedad se encuentre disponible va a depender mucho de su granulometría (tamaño de las partículas) y porosidad (espacio que hay entre las partículas). Mientras más elevada sea la capacidad de retención de agua del sustrato, menos frecuentes serán los riegos. La fibra de coco como sustrato promueve el buen anclaje de las raíces, además propicia la aireación y retiene la cantidad necesaria de agua.
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-La capilaridad
Esta propiedad consiste en que el sustrato tenga la capacidad de absorber y distribuir en todas las direcciones la solución nutritiva a través de los microporos. Es esencial cuando se utiliza un sistema de riego por goteo, en el cual se necesita que el agua se distribuya horizontalmente a partir del punto de goteo. Cuando el sustrato no tiene capilaridad, la solución nutritiva se mueve verticalmente a través del perfil del mismo, llegando rápidamente al drenaje y dejando zonas secas en las cuales no se puede desarrollar las raíces haciendo que la planta no se desarrolle bien o no crezca adecuadamente. Cuando el sustrato tiene una buena capilaridad, el agua es absorbida en todas direcciones, haciendo que las raíces de las plantas encuentren una humedad homogénea en todo el recipiente -Capacidad de aireación en la raíz
El nivel de capacidad de aireación óptimo varía entre un 20% y un 30%, esto se define como la proporción del volumen de oxígeno que se encuentra disponible en el sustrato, después de que éste se haya saturado de agua y haya terminado de drenar. Durante todo este proceso la raíz de nuestra planta debe tener una respiración adecuada
10 figura:laun buen sustrato permite oxigenación de las raíces
y por ello es importante elegir un sustrato con estructura estable, muy poroso y la aireación complementaria de la solución, ya que de esta forma evitaremos el peligro de la falta de oxígeno en la zona radicular (raíces); por lo antes mencionado se considera que los sustratos utilizados en hidroponía proporcionan mayor oxigenación en comparativa a la obtenida en suelos naturales. -Estabilidad física La compactación y descomposición del sustrato puede causar una reducción en el espacio poroso y en la capacidad de aireación a lo largo del cultivo. Es por ello que la estabilidad de las propiedades físicas son de vital importancia en cultivos de larga duración. Los sustratos más inadecuados son aquellos que se desmoronan fácilmente con la acción del agua. 18
-Liviano
El peso del sustrato determina la resistencia del montaje hidropónico, es recomendable que este sea liviano para poder tener un fácil manejo, algunos de los sustratos más livianos utilizados en la hidroponia son: perlita, vermiculita, lana de roca, fibra de coco. -Buen drenaje
Todo tipo de recipiente y de sustrato que se estén utilizando, deberá permitir un buen drenaje. Cuando una planta hidropónica requiere una mayor cantidad de solución nutritiva o agua, debemos aplicar mayor cantidad de riegos, pero nunca debemos de inundar el sustrato, ya que esto va contra la disponibilidad del oxígeno. -Químicamente inerte
significa que No debe suministrar ningún elemento que pueda representar una alteración en la solución nutritiva. -Biológicamente inerte
El sustrato hidropónico debe ser a diferencia del suelo, un medio carente de actividad biológica; en este sentido, cualquier presencia de microorganismos o insectos tendría un carácter contraproducente ya que puede causar daños, infecciones o enfermedades a nuestros cultivos. -Disponibilidad
Esta es una condición lógica, pero a veces no se toma en cuenta. Al seleccionar el sustrato debemos de cerciorarnos que este disponible en el medio. -Bajo costo
Generalmente este factor determina, incluso antes que otras condiciones, el sustrato a utilizar por eso es recomendable que hagas una cotización sin sacrificar la calidad de tu producto.
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2.5.1 Tipos de sustratos. En nuestro país existen una serie de sustratos que pueden ser empleados para el desarrollo de cultivos hidropónicos, estos se utilizan solos o en mezclas, en busca de obtener las mejores condiciones para el desarrollo de las plantas y asimilación de solución. En términos generales los sustratos se pueden clasificar en tres grupos:
Sustratos Inorgánicos.
En este grupo se incluyen los sustratos que tengan
11 figura: ejemplos de sustratos usados en hidroponía.
partículas mayores a 2 mm de diámetro. Enseguida te mencionaremos aquellos que puedes utilizar, así como una breve descripción. -Piedra pómez.
Es un material disponible en nuestro país, su srcen es volcánico. Posee una retención de agua de un 38%, posee una buena estabilidad física y durabilidad, desde el punto de
vista
biológico
es
completamente
libre
de
microorganismos. -Grava.
La grava son pequeñas partículas que se obtienen de materiales procedentes de depósitos naturales o canteras que son triturados, las que miden alrededor de 1 a 2 mm de diámetro son las que se utilizan en la hidroponía. La grava proporciona una excelente aireación; sin embargo la retención de humedad es muy escasa de un 17% aproximadamente. 20
-Roca volcánica o tezontle.
Es un material rojizo, de srcen volcánico, es ligero y con una apariencia esponjosa. En nuestro país se utiliza con gran éxito, sin embargo posee partículas muy pequeñas las cuales tienen que ser eliminadas mediante lavados para evitar que se encharque nuestro cultivo. La capacidad de retención de agua es de un 49%. El tamaño recomendado debe encontrarse entre 5 y 15 mm. -Arena de río
Este material heterogéneo cuenta con una capacidad de retención de agua del 56% y para que sea utilizado en hidroponia se recomienda adquirir arena de 0.5 - 2 mm.
-Perlita.
La perlita es básicamente un silicato de aluminio de srcen volcánico, de color blanco a grisáceo, tiene una baja densidad con buenas propiedades; en cuanto a retención de humedad un 63%. de que las grandes ventajas como tiene sustrato es la Algunas capacidad presenta para mantener la humedad constante a lo largo de la zona radicular, así mismo tiene una excelente capacidad de aireación gracias a su porosidad.
-Vermiculita.
La vermiculita es un silicato de aluminio con una estructura laminar, tiene una capacidad de expansión de hasta 12 veces su volumen. En México existen yacimientos en el estado de Chihuahua. Se utiliza y es recomendable para lugares de clima cálido debido a que tiene una capacidad de retención de humedad del 68%.
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-Arcillas expandidas.
Las arcillas expandidas son de gran utilidad para el cultivo
de
orquídeas,
una
de
las
principales
características es que presenta un pH neutro, tiene una buena capacidad de drenaje libre y proporciona una buena aireación. -Lana de roca.
La lana roca se obtiene de pequeñas fibras hechas de roca, tiene la capacidad de retener humedad de hasta un 78% y muy ligero permitiendo que la raíz tenga un buen desarrollo.
Sustratos Orgánicos
Estos grupos regularmente son productos de desecho de alguna actividad agropecuaria o industrial, así como de productos importados de otros países, en seguida te mencionaremos algunos de importancia para la hidroponía. -Aserrín
El aserrín abunda y es muy barato en algunas regiones de México por ejemplo en Chihuahua y Durango, sobre todo aserrín de pino. Dado el desconocimiento de que se tiene de la procedencia no es muy utilizado. Sin embargo este sustrato tiene una retención de humedad de un 54% lo que es ideal para climas templados y secos. No todos los aserrines ofrecen buenas condiciones para el cultivo hidropónico, solo si éste fue sometido a un proceso de eliminación de las sustancias tóxicas.
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-Fibra de coco.
La Fibra de coco se encuentra dentro de los residuos agroindustriales de srcen tropical, se genera después de que el fruto del cocotero ha sido procesado con fin de obtener las fibras más larga. Esta fibra de coco es empleada en hidroponia la cual tiene una alta relación de carbono/nitrógeno, esto permite que se mantenga químicamente estable. La retención de humedad que tiene es muy buena con un 57%. -Cascarilla de arroz.
La cascarilla de arroz se utiliza fundamentalmente con grava, ya que este es muy liviano y su capacidad de retención de humedad es baja, con un 40%, ya mezclado. -Cascarilla de café.
Es un sustrato de baja capacidad de retención de humedad, es bueno para oxigenar sustratos; pero es de muy corta vida, pues se descompone en pocos días.
-Peat moss.
El peat moss es un material importado a nuestro país procedente por lo general de Canadá, posee características similares a las de fibra de coco, no requiere de ningún proceso, es muy utilizado para la germinación y desarrollo por sus características con una excelente retención de humedad (70%).
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Sustratos Sintéticos
-Geles.
Se han producido, probado y promovido un determinado número de polímeros de geles, pero la mayoría ha desparecido del mercado ya que muchos productores no lo aceptaron. -Espuma sintética.
A) Espuma de polietileno. Se utiliza como material de relleno, para oxigenar y disminuir el peso de los sustratos.
C) Espuma de poliuretano.
Se emplea en la confección de semilleros y es mezclado con otros sustratos livianos.
D) El Foamy Agrícola es una espuma fenólica, utilizada en la hidroponía, actuando como medio físico para dar soporte a la planta, logra un balance ideal de agua y aire y al ser de lenta descomposición no necesita reponerse en el cultivo por más de seis años.
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2.6 Técnicas hidropónicas. En la hidroponía existen diferentes formas de cultivo, de las cuales Nosotros debemos de seleccionar la técnica hidropónica adecuada para sustituir al suelo atendiendo la forma, tamaño y desarrollo de la planta sin perder de vista los procesos fisiológicos de esta conforme al diseño para su producción, a continuación conoceremos las técnicas hidropónicas y explicaremos en qué consisten.
12 figura: técnicas que utiliza la hidroponía, cada una es escogida según, tipo de planta y de su conveniencia..
2.6.1 La hidroponía utilizando las técnicas de sustratos. La técnica de sustratos consiste en medios que ancle la raíz y den sostén a la planta manteniendo la humedad, drenaje, aireación y facilidad de absorción de nutrientes en este último lo que nos interesa es que la planta pueda tomar los nutrientes sin ningún problema para su desarrollo. Antes que nada quiero recordarles que como vimos anteriormente un sustrato es un medio para generar el sostén de la planta como anclaje de la raíz no necesariamente inerte esto dependerá del clima de la zona o las necesidades de cada persona. muchos de los métodos hidropónicos actuales emplean algún tipo de medio como grava arenas o piedras pómez, aserrines, arcillas expansivas, carbones, cascarilla de 25
arroz, etc. a los cuales se les llama sustratos a los cuales se les añade una formula nutritiva disuelta en agua (solución nutritiva) que contiene todos los elementos esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas.
Existen varias formas de
cultivo en sustrato, variando principalmente del tipo de suelo en donde se colocan las plantas. Esta técnica es la más utilizada ya que se pude usar cualquier material de tipo orgánico e inorgánico siempre y cuando no afecta a la solución nutritiva o genere problemas con esta.
13 figura. Pepino y tomate hidropónico, cultivado sobre sustrato, con riego por goteo.
14 figura: cultivo hidropónico de chile habanero utilizando sustrato orgánico de fibra de coco.
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2.6.2 Sistemas de cultivo en solución. El principal medio de cultivo como su nombre lo indica es la solución nutritiva, utilizándose principalmente para la producción de hortalizas tales como lechuga, col, acelga, berros, perejil, apio y para hierbas aromáticas como la mejorana, albahaca, hierbabuena, y menta. Ha sido probado con fresas, pepinos y tomates, presenta algunas dificultades con esta última hortaliza debido al peso de sus frutos, resultando impráctico en algunos casos. Al igual que el sistema de cultivo en sustrato, dependen de los recipientes en donde se coloca la solución nutritiva y si se recircula o no. Algunos de estos sistemas utilizados se enuncian a continuación.
15 figura. Raíz flotantes, las plantas están sobre una plancha de duroport (esterofon) insertadas en agujeros y flotan sobre la solución con nutrientes.
2.6.3 Raíz flotante (técnica estacionaria) Otra variante de la hidroponía es la técnica de raíz flotante en la cual las raíces de las plantas se encuentran sumergidas total o parcialmente en la solución de agua y sustancias nutritivas.
En esta técnica se necesita de algún medio que soporte la
planta sobre el agua para que la misma no se hunda. Los soportes más utilizados son las tuberías con agujeros pero también se utilizan sistemas de flotación con láminas de estereofón, también con agujeros para las plantas. En ambos casos lo más común es el uso de pequeñas canastas en donde se colocan las plantas; aunque también se 27
pueden utilizar trozos de esponja con agujeros para sujetar a Las plantas del punto en el cual su tallo se une con su raíz y se utiliza una bomba que oxigene el estanque.
2.6.4 Técnica laminar nutritiva (NFT) En la técnica laminar nutritiva (Nutrient Film Technique, NFT), la solución está en recirculación constantemente formándose una película delgada de nutrientes de 3 a 5 milímetros con la finalidad de que las raíces se puedan oxigenar. Existen varios tipos de medio de cultivo, algunos utilizan camas o albercas como en el sistema de raíz flotante, pero con la recirculación de la solución nutritiva o en canales rectangulares o cilíndricos. Este sistema se usa por lo regular en tubos de PVC, por su fácil implementación y circulación de la solución, variando el diámetro de los tubos según la densidad de las plantas colocadas en ellos, así como también por el tamaño de las raíces de las plantas a cultivar para obtener una buena circulación de la solución. Un sistema hidropónico tipo NFT en canales de PVC se muestra en la figura [10].
.
16 figura. Ejemplo de sistema NFT, usando tuberías para transportar el agua hacia las raí ces de las plantas.
En el caso de producción de órganos subterráneos de almacenamiento como zanahorias, rábanos, betabel, papas, cebollas... resulta indispensable que el desarrollo se realice bajo la técnica de siembra directa para controlar la humedad en el sustrato, ya que este tipo de plantas son muy susceptibles al exceso de agua ocasionando pudrición y muerte, por lo antes mencionado es que no se recomienda cultivar estas plantas en sistemas como NFT y Raíz flotante. 28
2.6.5 Técnicas aéreas Aeroponía.
Una última variante de la hidroponía recibe el nombre de aeroponía. Esta técnica consiste en el cultivo de plantas cuyas raíces se mantienen suspendidas en el aire y que periódicamente reciben “baños” o “rocío” de agua con sustancias nutritivas. La aeroponía es un sistema de cultivo en el que las raíces de la planta están suspendidas en el aire y constantemente pulverizadas con una nube de solución nutriente. No se usa ningún medio de cultivo, aparte de un cubo de propagación si las plantas se empezaron de semilla. Las raíces de la planta crecen en una cámara o canal donde están alimentadas por aspersores o pulverizadores que distribuyen la solución nutriente, gracias a una bomba de agua. La aeroponía puede usarse para cultivar las plantas durante todo el ciclo y también da excelentes resultados cuando se usa para enraizar esquejes. Las plantas cultivadas en aeroponía tienen acceso constante a oxígeno y solución nutriente; absorbiendo mucha más agua y nutrientes que las plantas regadas a mano. Cuanto más oxígeno, agua y nutrientes absorbe una planta, mayores son las cosechas que produce.
17 figura: cultivos de lechugas aeroponícas en forma vertical, de igual forma se ala derecha se observa la técnica aplicada a cultivos de papas. fo
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2.6.6 Técnica para forraje verde hidropónico. El Forraje verde hidropónico (FVH) es una manera de producir intensivamente forraje fresco para animales de trabajo ó engorda (ya sean vacas, caballos, cerdos, borregos, conejos, cuyos, gallinas, etc.), que maximiza el aprovechamiento de espacio y de recursos. En este tipo de técnica consiste en el diseño de una pequeña infraestructura en la cual se hace una germinación directa utilizando charolas y nebulizaciones hasta obtener plantas completas en un periodo 10 -15 días que dando disponible para la alimentación de ganado (bovino, ovino, caprino, porcino, cunícola y avícola). Para la producción de forraje verde hidropónico no se utiliza ningún sustrato, solamente semilla forrajera y una solución nutritiva adecuada para la producción del forraje y agua. Existen diferentes técnicas para llevar a cabo la producción de forraje verde; sin embargo, en todas existen factores en común que resultan fundamentales para llegar a obtener un forraje de alto grado alimenticio para la especie animal que se esté destinando, como son la humedad, temperatura, aireación y luminosidad, así como las medidas fitosanitarias al inicio y durante la producción para mantener el forraje libre de hongos. Algunas de las ventajas del forraje verde hidropónico son el suministro constante durante todos los días del año, se evitan alteraciones digestivas, menor incidencia de enfermedades, aumento de fertilidad y aumento de la producción de leche.
18 figura: cultivo de forraje, utilizando maíz.
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2.7 Composición y Nutrición de las plantas hidropónicas. Para desarrollar una sólida comprensión de la hidroponía, primero tenemos que revisar la composición orgánica de las plantas. La molécula es el conjunto más pequeño de átomos de reconocibles que pueden ser identificados por ser un elemento específico. Los elementos comunes son: hidrógeno – oxígeno – Oro – Plata etc. Toda la materia orgánica en la Tierra se compone de al menos cuatro elementos básicos. De hecho, la calificación científica para el etiquetado de la materia orgánica es que debe estar compuesto de los siguientes elementos; carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Más del 90% de peso en seco de una planta se compone de estos cuatro elementos orgánicos. La mayoría de los elementos existen de forma compuesta en la naturaleza, ya que son químicamente inestables cuando son de forma pura, así que reaccionan con otros elementos hasta estabilizarse en compuestos. Este es un tema importante al momento de elegir los alimentos que se utilizan con el sistema hidropónico – tenga esto en cuenta al leer acerca de un solo nutriente parte que contiene “todo” -, si este fuera el caso, el nutriente sería convertido en inútil en un
corto periodo de tiempo como las sales elementales se combinan rápidamente en compuestos que sus plantas simplemente no pueden absorber. El compuesto H2O (agua), está hecho de dos partes de hidrógeno y una de oxígeno. El H20 se forma cuando el hidrógeno, un gas inestable, se quema o se oxida (combinado con oxígeno). Puesto que C, H, y O están fácilmente disponibles, tanto en el aire y el agua, las plantas poseen la capacidad de extraer estos elementos por cualquiera y utilizarlos para crear alimentos. La luz proporciona la energía para que esto sea posible.
19 figura. Composición en porcentajes de la atmosfera terrestre.
20 figura. La falta de algunos elementos en el desarrollo de los vegetales produce, ulceras.
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(C) Carbón: Se produce en las paredes celulares, azúcares fabricados por la clorofila,
así como la propia clorofila. El Carbono constituye aproximadamente el 50% del peso seco de la planta. (H) Hidrógeno: Importante en el intercambio catiónico de nutrientes (la reacción
química que hace que las raíces absorban los nutrientes) y en las relaciones sueloplanta. El hidrógeno también es esencial para la formación de azúcares y almidones y se obtiene fácilmente a partir de agua. El agua también mantiene la estructura de las plantas rígida a través de lo que se conoce como presión de turgencia, cuando una planta carece de agua comenzará a bajar la presión de turgencia y se marchitan. (O) Oxígeno: Requerido para formar azúcares, almidones y celulosa. El oxígeno es
esencial para que se produzca el proceso de la respiración que proporciona a las plantas la energía que utilizan para crecer. (N) Nitrógeno: Necesario para la formación de aminoácidos, coenzimas y clorofila.
Estos son los 4 elementos básicos presentes en una planta, los demás elementos que componen una planta se denomina como macronutrientes y micronutrientes, esto debido a la cantidad que necesita la planta. Macro nutrientes
Macro nutrientes son absorbidos en grandes cantidades, una vez ingeridos tienen los siguientes objetivos: (N) Nitrógeno: Necesario para la formación de aminoácidos, coenzimas y clorofila. (P) Fósforo: Azúcar, fosfato y ATP (energía) la producción de flores y el crecimiento de la producción de la fruta y de la raíz. (K) Potasio: La síntesis de proteínas requiere niveles altos de potasio. La fortaleza, el crecimiento de la raíz, y la fabricación de azúcar y almidón también requieren potasio.
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Micronutrientes
Los micronutrientes absorbidos en pequeñas cantidades sirven para estos fines: (B) Boro: Necesario para la formación de las paredes celulares cuando se combina
con el calcio. (Ca) Calcio: Necesario para la formación de la pared celular. (Cu) Cobre: Activa las enzimas necesarias para la fotosíntesis y la respiración. (Fe) Hierro: Formación de clorofila y respiración de los azúcares para proporcionar
energía de crecimiento. (Mg) Magnesio: Producción de la clorofila, la fabricación de enzimas. (Mn) Manganeso: Un catalizador en el proceso de crecimiento, la formación de
oxígeno en la fotosíntesis. (Mo) Molibdeno: Metabolismo del nitrógeno y fijación. (S) Azufre: La síntesis de proteínas, la absorción de agua, la fructificación y la
siembra, fungicida natural. (Zn) Zinc: Formación de clorofila, la respiración y el metabolismo del nitrógeno.
La mayoría de los nutrientes se enumeran en cantidades de NPK representados en porcentajes. Por ejemplo, una solución 10-10-10 contendría 10% de nitrógeno 10% de fósforo y potasio al 10% en peso. esta concentración asciende a sólo el 30% – esto es debido a que el porcentaje restante por lo general consiste en un relleno de materiales de quelación usados para ayudar al proceso de nutrición. Utilice sólo los nutrientes específicos para cultivos hidropónicos, porque las fórmulas convencionales preparadas para las plantas que crecen en suelos no contienen los equilibrios adecuados. 33
2.8 Elementos a considerar para realizar un cultivo hidropónico. A continuación, describiremos los elementos a considerar para poder iniciar un cultivo hidropónico casero, de manera fácil, Primero debe saber que el uso de la hidroponía, no solo es para grandes productores, es una alternativa para todo tipo de personas. Puede ser utilizada como una actividad recreativa en:
La escuela: Enseñando a los niños a elaborar los alimentos desde la semilla, para fomentarles el consumo de alimentos saludables.
En el Hogar: Que familias se de diquen al cultivo ya sea para obtener ingresos económicos o puedan ser utilizadas para autoconsumo.
1. Delimitación. Para comenzar su huerta hidropónica no es necesario tener un sitio
grande, pero debe primero saber con qué espacio cuenta: terrazas, patios, techos, balcones, pequeños espacios domésticos o en pequeños lotes urbanos difíciles de cultivar por sistemas tradicionales. En nuestro caso escogimos la parte trasera de nuestra casa para construir un sistema de cultivo hidropónico. 2. Las Semillas. Del tipo de cultivo que vayas a sembrar. Se recomienda escoger un
tipo de cultivo a la vez hasta que logre dominarlo por completo. La elección de la planta determina en gran medida el posible éxito o fracaso de un cultivo hidropónico ya que se debe escoger una especie que se desarrolle correctamente en el ambiente que se tiene disponible. No es viable cultivar tomate a una altura de 3000 metros y tampoco lo es cultivar lechuga cuando la temperatura media es de 28°C. Hay que conocer las condiciones en las que se va a cultivar y escoger plantas que sean adecuadas para dichas circunstancias. 3. Sustrato. Elegir un buen sustrato algunos de los mencionados anteriormente. Un
sustrato es un lugar que sirve de soporte a una planta, pero que a diferencia de la tierra, no aporta ningún elemento a la nutrición de la planta (material inerte). 4. Semilleros. La semilla seleccionada se mantendrá en semilleros con una mezcla
homogénea con sustrato. Se debe regar cada 3 días dependiendo la humedad que se 34
vea y mantener el semillero en un lugar iluminado pero no directamente a la luz. (En zonas muy cálidas los riegos son diarios). 5. Determinar el sistema de cultivo. En este paso requiere determinar qué sistema
de cultivo hidropónico se va a utilizar. Este paso está muy ligado a la viabilidad económica del proyecto y a la especie de planta escogida ya que diferentes tipos de planta en diferentes climas requieren de distintos sistemas. Los materiales requeridos para construir un sistema también lo pueden hacer muy costoso y poco viable así sea la mejor opción desde un punto de vista técnico. En resumen escoger el mejor sistema, más barato posible es la mejor opción a la hora de determinar el sistema de cultivo hidropónico. 6. Solución Nutritiva . Es la parte más importante de la hidroponía, ya que ésta
solución determina la cantidad y la calidad de los nutrientes como macro y micro bajo los cuales se van a nutrir nuestras plantas. Una vez se ha diseñado el sistema que se va a utilizar y se ha escogido la planta que será cultivada se debe planear un régimen nutritivo que tenga en cuenta las diferentes etapas de crecimiento y las características de asimilación de nutrientes de la planta que se quiere cultivar. No es lo mismo cultivar una planta como la lechuga – que no da frutos – a cultivar una planta como el tomate cuyo objetivo es producir frutos en la mayor cantidad y con la mayor calidad posible. 7. Trasplante. A los 28 días (aproximadamente), se hace cuando la planta sea capaz
de sostener el sustrato sin desprenderse de la raíz, debe de tener una altura entre 10 y 12 cm y de 2 a 6 hojas verdaderas. Humedezca todas plantas del semillero y golpee ligeramente las dos partes laterales del semillero para que se afloje el sustrato. Retire del semillero tomando la plántula desde la base para evitar romper raíz. Si se le dificulta, puede introducir un palito en los orificios que se encuentran en la parte baja de la charola, para una mejor expulsión de la planta. El trasplante se hace al atardecer para evitar exceso de calor. Se sumergen las plantas en un vaso con agua y se sacuden suavemente de modo que desprendan todo el sustrato sin lastimar las raíces. En caso
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de trasplantar a sustrato, se pasan directamente. Finalmente las plantas se pasan a las charolas hidropónicas. Para darles vida hasta su cosecha. 8. Sistema de Riego. Es el mecanismo bajo el cual vamos a suministrar a nuestra
planta la solución nutritiva. Éste se puede realizar automatizado o manual. Existen en el mercado diferentes clases de sistemas de riego automatizado; los cuales se enfocan principalmente a la hortaliza que se está sembrando y a la forma física en que se está acomodando el cultivo. 9. Ambiente. Es el medio donde vamos a mantener a nuestro cultivo., En muchos
casos este puede ser controlado mediante un invernadero, pero también se puede cultivar al aire libre, como puede ser en una azotea o en un patio, procurando sembrar las hortalizas en la estación del año adecuada. 10. Control natural de plagas. Un aspecto muy importante de la hidroponía y de
cualquier tipo de cultivo, es el uso de herramientas naturales para controlar las plagas e infecciones en nuestro cultivo. 11. Realizar una prueba a pequeña escala. Lo más importante a la hora de empezar
un cultivo hidropónico comercial o un cultivo hidropónico de tamaño importante es realizar un estudio piloto a pequeña escala para ver si las propuestas hechas en los pasos anteriores si son en realidad viables bajo las condiciones ambientales propuestas. Muchas veces la experiencia en distintos climas, terrenos o países no es directamente transferible a las condiciones en las que se desea realizar el cultivo y asumir que esto se puede hacer antes de tener resultados a pequeña escala es un grave error. 12. Corregir los problemas de la pequeña escala y ampliar en factores de 11 . Una
vez se realiza una prueba a pequeña escala se vuelve mucho más fácil el ver los errores que existen en la práctica. Después de haberse corregido los errores se puede entonces proceder a ampliar el cultivo al doble de su tamaño repitiendo el proceso para poder abordar los distintos problemas que vayan surgiendo mientras se va ampliando la escala de aplicación. 36
2.9 Factores de mayor importancia dentro de un cultivo hidropónico. Cantidad de Nutrientes.
la hidroponía facilita el balance de los nutrientes que recibe la planta para hacer eficiente estas técnicas necesitas implementar un fertilizante para preparar una solución nutritiva que contengan los elementos esenciales para el desarrollo de la planta, es por ello que cuando se pretenda realizar un cultivo de este tipo se realice primero un ensayo para observar cómo se desarrollan con determinadas cantidades de fertilizante, para posteriormente ajustarlos a valores óptimos; sin embargo, esto también significa que un inadecuado manejo de la dosificación de los nutrientes que se agregan a la disolución nutritiva, puede conducir a un desbalance negativo para el desarrollo de los cultivos. Existen muy diversos tipos y valores de concentraciones de las disoluciones nutritivas que se utilizan en los cultivos hidropónicos y no existe una formula única que funcione en todos los cultivos por igual. Muchos ingenieros agrónomos y biólogos se dedican a estudiar el desarrollo de los Cultivos y basados en esos estudios, mejorar dichas formulas nutritivas; sin embargo, cada cual tiene su opinión y criterio personal respecto a cuál es la combinación óptima para cada producto. Con respecto a la huerta hidropónica utilizada en este trabajo, la combinación y concentración de nutrientes es una formula común que se puede adquirir en viveros, la misma es mostrada en la siguiente Tabla.
21 fig. Fórmula para elaboración de fertilizante hidropónico, cada persona puede variar las cantidades al experimentar y ver que cantidad le ofrece mejores rendimientos.
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Aunque a lo largo del tiempo sean ido perfeccionado fórmulas que han sido probadas para ciertos cultivos y que son recomendadas para determinados cultivos de plantas , ya que las plantas que no dan frutos no requieren tantos elementos o concentraciones de ellos a continuación muestro algunas recetas mas populares desarrolladas en institutos del fomentó ala agricultura hidropónica.
Un ejemplo es la fórmula de Bechhart y Connors, desarrollada en la Estación Experimental Agrícola de New Jersey que utiliza: Sulfato de Amonio SO4(NH4)2 30 gramos Fosfato de Potasio monobásico KH2PO4 57 gramos Sulfato de Magnesio MgSO4+7H2O 114 gramos Nitrato de Calcio Ca(NO3)2+H2O 486 gramos
Esta fórmula se disuelve directamente en 200 litros de agua. Se puede ocupar para cultivar apio, cebolla, berenjena, rábano, pimiento, tomate, entre otros vegetales. Otro ejemplo es la fórmula desarrollada en el Colegio de Agricultura Universidad de California: Nitrato de Calcio Ca(NO3)2+H2O 90 gramos Nitrato de Potasio KNO3 90 gramos Fosfato ácido de amonio 20 gramos Sulfato de Magnesio MgSO4+7H2O 30 gramos
Esta fórmula es disuelta directamente en 200 litros de agua. Se utiliza normalmente en cultivos florales como; rosas, crisantemos, claveles y geranios.
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Oxigenación del agua
El flujo de oxígeno a nivel de las raíces es crítico para el desarrollo de las plantas; por este motivo es que en los cultivos clásicos en tierra es recomendable la existencia de lombrices que oxigenen el suelo, así como el adecuado levantamiento y volteo del suelo antes de la siembra. En el caso de la hidroponía esto continúa siendo válido, y se requiere de un flujo de aire que oxigene las raíces. En el caso de la aeroponía es evidente que esto no es un problema; sin embargo, en el caso de la hidroponía propiamente dicha es un factor crítico a tomar en cuenta. Para los cultivos con sustrato sólido es importante que dichos sustratos permitan el flujo de aire entre las raíces de las plantas; esto se logra al utilizar trozos de sustrato de un tamaño que no sea extremadamente pequeño de forma que no se bloqueen las porosidades en las que el aire puede circular. En el caso de los sistemas de raíz flotante la oxigenación es aún más difícil de asegurar y controlar. En esta variante de la hidroponía, lo más común es el uso de sistemas de burbujeo o bien la recirculación o sustitución del agua de cultivo. Temperatura del agua
La temperatura del agua es un factor importante a considerar para el desarrollo adecuado de las plantas. Si dicha temperatura baja, se empiezan a precipitar algunas sales que forman la solución nutritiva haciendo que la concentración se vea afectada y se perjudique la absorción de nutrientes. En el caso de temperaturas altas, las raíces de las plantas se empiezan a tornar amarillentas y de apariencia marchita. En dicho caso, la absorción de nutrientes también se ve afectada y la planta se enferma. El caso de las bajas temperaturas no constituye un problema del cual preocuparse en todo el año en la mayor parte del territorio de Veracruz ya que estas temperaturas no son constantes y solo se registran en determinados meses del año excepto por el calor el cual predomina la mayor parte del año y las temperaturas altas si son fáciles de alcanzar debido a la abundante radiación solar que se recibe durante un día despejado. 39
Las altas temperaturas son evitables por métodos como: proveer a la huerta de algo de sombra (con moderación para no afectar el desarrollo de las plantas), usar recipientes con aislamiento térmico para contener el agua de cultivo y recircular el agua de forma que la misma se pueda airear y enfriar. En este último caso también se recomienda que si se tiene depósito de agua para bombeo, el mismo se encuentre en un sitio fresco y protegido Del sol, como podría ser dentro de un agujero en la tierra. Cantidad de agua y recirculación
En un cultivo hidropónico es muy importante saber que se debe mantener una humedad adecuada en las raíces para un sano crecimiento de las plantas. Esto se logra mediante el riego periódico en el caso de cultivos en sustrato sólido y manteniendo un nivel mínimo de agua en el caso de la hidroponía de raíz flotante, es decir que no haya demasiado líquido, pero que si haya un flujo pequeño. Para este último tipo de cultivo, la recirculación del agua surge como una excelente alternativa para el ahorro de la misma y para asegurar los niveles mínimos de ella en el sistema. Aunque la recirculación del agua de cultivo no es un factor crítico pero se, si puede utilizarse como una herramienta para el control de factores críticos. Por ejemplo, constituye una opción muy adecuada para asegurar la oxigenación de las raíces de las plantas y evitar el incremento de la temperatura del agua. Otro de los beneficios de la recirculación es que propicia un crecimiento aún más acelerado de las plantas al estar continuamente renovando el agua en la que se encuentran las raíces. Por otra parte, también contribuye a evitar la precipitación de las sales disueltas en el agua y ayuda a mantener una concentración de nutrientes uniforme en todo el sistema. Finalmente, la recirculación retarda la formación de limo que prefiere mayormente el agua estancada, así como también evita la aparición de espuma o nata que es común en el agua estancada.
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3 SELECCIÓN DE UNA TÉCNICA DE CULTIVO HIDROPÓNICA PARA SU IMPLEMENTACIÓN. En esta parte de la investigación explicaremos el tipo de técnica que escogimos, teniendo ya definida la técnica procederemos a diseñar la estructura que sostendrá el cultivo y posteriormente construiremos el cultivo en base a el diseño que se plateo, se definirán las características de nuestro sistema, partiendo de la selección de una hortaliza la cual se cultivara usando la técnica seleccionada, teniendo presente que el objetivo de nuestro proyectos es diseñar e implementar un sistema de automatización para los principales procesos de un cultivo hidropónico, de tal forma que teniendo la estructura del cultivo hidropónico adaptaremos a este la automatización de sus procesos, pero para ello es necesario primero tener ya construido, el sistema hidropónico con el cual vamos a trabajar en su automatización. Anteriormente mostramos las técnicas más utilizadas en la hidroponía así como también conocimos sus características principales y como funcionaban, teniendo conocimiento de cada una de ellas elegimos la de Técnica laminar nutritiva (NFT), este tipo de técnica consiste en hacer pasar la solución en las raíces de las plantas utilizando tuberías como conductores hacia las raíces de las plantas. la razón por la cual elegimos este tipo de cultivo fue porque se nos facilitaba su mantenimiento, su construcción, debido al tiempo que teníamos para entregar el proyecto el cual es corto , así también por la versatilidad del diseño y adaptabilidad a nuestros intereses en torno al proceso de automatización de sus principales procesos.
22 figura: cultivo con técnica NFT (técnica de la película de nutrientes)
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3.1 Experimentación con la técnica de cultivo NFT Antes de diseñar e implementar un sistema nos dimos a la tarea de realizar una serie de pruebas con plantas comunes de jardinería para observar su comportamiento y crecimiento dentro de tubos de PVC. Para ello utilizamos tubos lo cuales fueron perforados y rellenados con un sustrato, que consistía en arena y palizada, los tubos fueron sellados de las orillas para evitar que el relleno del sustrato se saliera cuando metiéramos agua al sistema, después de varios meses observamos como las plantas con su riego constante se desarrollaron satisfactoriamente, cabe destacar que este sistema fue echo de tal forma que el sustrato contuviera nutrientes, así que el agua que agregábamos no contenía ningún tipo de fertilizante era agua común, un práctica de este tipo nos permitió tener una idea más clara de cómo funcionaría un sistema NFT, además de que nos permitió observar las mejoras que le podríamos aplicar a un sistema como estos.
Como se observa en las imágenes los tubos están suspendidos, estas plantas ya llevan en este sistema aproximadamente 6 meses o 7, se encuentran en perfectas condiciones además de que de esta forma se facilita ya que solo se agrega agua asulariego entrada principal y está sola se distribuye hacia los tubos. 23 fig. plantas iniciadas en hidroponía con gran éxito.
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3.2 Diseño preliminar del cultivo hidropónico utilizando la técnica NFT. Como ya elegimos la técnica de cultivo ahora presentaremos un diseño preliminar de la estructura, que sostendrá nuestro cultivo. En esta parte del proyecto solo presentaremos las apartes del diseño, sin aplicación de ningún sensor o bombas para su automatización, esto se retomara y se planteara en la parte de automatización del sistema, en el cual podremos observar el diseño ya con elementos para su automatización.
Explicación del sistema, el agua que va a estar almacenada en el tanque de captación ya contiene los nutrientes disueltos en ella.
1- El agua contenida en el tanque es subida al tubo de distribución. 2- Tubo de distribución envía el agua a cada uno de los tubos , el agua llega a las raíces de las plantas que se encuentran alojadas en los tubos. 3- El agua que entra a los tubos regresa al tanque por medio de mangueras de desague y el siclo se repite.
por lo tanto, cada vez que el agua ingrese a los tubos con la ayuda de una bomba esta egresara al tanque guiada por una seria de mangueras, además de esto la constante recirculación, nos permitirá la oxigenación del agua que es necesaria para las plantas.
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3.3 Delimitación del área en la que se desarrollara el cultivo y su estructura. Teniendo el posible diseño de la estructura, ahora seguiremos con los pasos recomendados para realizar un cultivo hidropónico, en esta parte hablaremos sobre la delimitación del sistema, es decir mostraremos el área que elegimos para instalar el cultivo teniendo en cuenta a las recomendaciones necesarias para el desarrollo de la planta, las cuales son que la planta tenga 6 horas de luz diarias, se ubique en un lugar donde no existan corrientes de aire muy fuertes que puedan dañar la planta, atendiendo a la parte de que debe existir un techo para evitar que las fuertes lluvias o el exceso de los rayos del sol dañen las plantas, elegimos instala una maya sombra para estas cuestiones.
24 figura: limpieza del área elegida así mismo como instalación de elementos para la estructura.
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3.4 Materiales para cultivo hidropónico NFT. MATERIAL
CANTIDAD
TUBOS DE PVC
4 TUBOS 6 METROS CADA UNO.
SEMILLAS DE LECHUGA. WATA
2 BOLSAS 1 BOLSA
$30 29
BROCAS DE CORONA
1 JUEGO
$10
SOLUCION NUTRITIVA
500 GRAMOS, 750L. mas envió 2 BOMBAS.
BOMBAS DE AGUA
PRECIO APROXIMADO. $640
PARA
$90 $100 $200
MANGUERAS 2 ME DIDAS 10 METRO DE ½ 5/8 Y ½ 8 METROS DE 5/8
$87
TOTAL= $ 1186
3. 5 Selección de las semillas a e mplear y siembra. El tipo de semillas fue de lechuga orejona principalmente por que la planta que más se utiliza en un cultivos hidropónicos por su gran adaptabilidad y mínimos cuidados, además de que Se puede cultivar durante todo el año, principalmente en lugares fríos, al aire libre o bajo invernaderos.
25 figura. Lechugas orejonas es un ejemplo de las lechugas que elegimos para el cultivo.
45
Las variedades de lechuga orejona: LECHUGAS DE HOJA SUELTA: Es apropiada para huertas caseras, escolares y mercados locales. El hábito de su crecimiento es vertical. Dentro de estas existen 2 clases: A) Hojas crespas o rizadas: Son grandes, rectas y compactas. Las hojas son de color verde claro, ondulado y de bordes muy crespos B) Hojas Suaves: Como su nombre lo indica, son de hojas muy suaves al tacto. Sus hojas son rizadas, de color verde amarillento y de sabor muy agradable. Son frágiles y florecen a veces prematuramente.
Condiciones ambientales para favorecer el desarrollo de la lechuga
hidropónica.
La
temperatura óptima para el desarrollo de la lechuga es de 19 a
24
grados
Centígrados,
soportando una temperatura una máxima de 28ºC y una mínima de 26 figura. Siembra de lechuga orejona, también de tomate y cilantro.
7ºC. Una vez elegida la semillas, pasamos a la siembra para ello
escogemos el sustrato que albergara a nuestras semillas, teniendo en cuenta que el 46
sustrato que elegimos no aporte ningún tipo de nutrientes ya que la semillas contiene los nutrientes necesarios para germinar solo le proporcionaremos el agua diariamente tratando de que el sustrato este húmedo para la rápida germinación de la planta. Así mismo evitar exceder la cantidad de agua para no ahogar a la planta, el tipo de sustrato que elegimos fue una mezcla de hojas trituradas con arena y un pequeña cantidad de aserrín, Las plantas se sembraron cada 5 centímetros una de la otra. En cuanto a los cuidados que debe tener la planta durante la germinación es necesario que la planta tenga suficiente humedad, que no esté expuesta directamente a sol, pero que tampoco le falta ya que eso provoca que las plantas crezcan de manera prematura y se empiecen a alarga como hilos, volviéndose muy frágiles e inservibles para ser trasplantadas.
3.6 Construcción de la estructura para un sistema de cultivo con técnica NFT. Después de haber plantado las lechugas, aprovecharemos para empezar a construir el sistema en esta parte, iniciaremos con la construcción de la estructura, colocando los tubos para tener una idea de cómo se verá el sistema ya terminado.
27 figura. Tubos de pvc que utilizaremos para el sistema, miden 6 metros de largo y son de 3 pulgadas de diámetro, montados sobre unos postes.
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Los tubos serán montados sobre una estructura que construimos con postes de madera de tal forma que los tubos estén suspendidos, para evitar que algún animal o insecto dañe el cultivo, además de que este elevación permite que el agua que este entrando a los tubos y cayendo de regreso al tanque del que sale, oxigene el agua con
28 figura. Los tubos están sobre unas bases con un pequeño ángulo de inclinación para que el agua que baya entrando en cada uno de los tubos este circulando asía fuera del tubo y regrese a un tanque y posteriormente vuelva a regresar en forma de proceso repetitivo.
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la caída. Siguiendo con la construcción ahora continuaremos con la perforación de cada uno de los tubos, teniendo en cuenta que, cada uno de los tubos tiene 6 metro de largo, aremos una perforación cada 20 centímetros ya que es la distancia recomendada para cultivo de lechuga hidropónica, para un correcto desarrollo de esta y que no allá tumultos al estar demasiado cerca una de otra. Para perforar los tubos utilizamos un tipo de broca comúnmente conocida como broca de corona, que corta en forma de círculos.
29 figura. Se realizaron varias perforaciones para escoger el tamaño de vaso adecuado para colocar la planta dentro de los orificios.
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30 figura. En la parte inferior se observa los tubos completamente terminado de perforar.
Después de perforar todos los tubos, era necesario conseguir las tapaderas para los lados del tubo, esto para evitar que algún insecto o animal entre a las tuberías, debido a que los tubos con los que contamos eran tubos que manejan compañías, nos fue imposible encontrar tapaderas que se acoplaran, y las que encontramos a su tamaño más aproximado que fue las de 3 pulgadas no entraban además de que eran muy caras así que decidimos hacerlas tapaderas nosotros mismo, utilizamos calor para hacer que las orillas de los tubos se pusieran completamente blandas y manejables, hacíamos un corte a la mitad y lo doblábamos hacia adentro del tubo, de esta forma sellamos los tubos.
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3.7 Fertilizante hidropónico Para las plantas. El tipo de fertilizante que utilizamos fue uno especialmente diseñado para cultivos hidropónicos, ya que a diferencia de un fertilizante normal este está elaborado para suministrarle a la planta elementos que normalmente están presentes en el suelo, y que por la forma de cultivarse en agua y tubos de PVC, le es imposible obtenerlos, la solución que utilizamos contiene macro y micronutrientes. La solución nutritiva para frutos y hortalizas se encarga de proporcionar los nutrientes necesarios a nuestro cultivo desde su germinación hasta la producción de frutos. Los
elementos esenciales, que permitirán sobrevivir a la planta son los
Macronutrientes (N, P, K, Ca, Mg) que son los elementos más demandados para su desarrollo, y los micronutrientes (Cl, B, Fe, Mn, Zn y Mo) que son elementos que se requiere en menor proporción. Así mismo, es una solución ideal para todo cultivo hidropónico ya que tan solo debe de disolverse en agua y sus nutrientes están perfectamente balanceados acorde a las necesidades de la mayoría de los cultivos hidropónicos. Es por ello que la solución nutritiva es la “esencia” en la técnica hidro ponía, haciéndola superior frente al cultivo
en suelo, dando como resultado plantas con mayores rendimiento y mayor calidad.
31 figura. Solución hidropónica que contiene los elementos necesarios para el desarrollo de la planta.
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3.8 Crecimiento de las plantas pasados algunos días después de la plantación. Las plántulas comenzaron a aparecer a partir de los 5 días de su siembra, las regamos 2 veces al día, esto con el objetivo de mantenerlas siempre con humedad para que germinasen correctamente, pero también evitando que tuviesen mucha agua para que no se fueran a ahogar.
32 figura. Plantas con 5 días después de la siembra, en la parte de arriba se observan plantas de repollo que son de hoja en forma de trébol y las de lechuga son alargadas y delgadas.
Las plantas sembradas podrán ser trasplantadas, Una vez transcurridos de 30 a 40 días después de la siembra, la lechuga se trasplantará cuando tenga de 6 a 8 hojas y una altura aprox. de 8 centímetros desde el cuello del tallo hasta la punta de las hojas. Para evitar fuertes deshidrataciones en las plántulas, es necesario trasplantarlas en la tarde o en días nublados. Para las tres técnicas hidropónicas (NFT, raíz flotante y sobre sustrato) en los que se desarrolla la lechuga, es recomendable la siguiente densidad de siembra: 20 centímetros entre cada lechuga de igual forma 30 cm hacia los costados. 52
3.9 Tiempo para el Trasplante del germinador hacia el sistema NFT. Luego de haber transcurrido 30 días aproximadamente de la plantación de semillas, ahora procederemos a realizar el trasplante de las primeras plantas, mostraremos paso a paso cada uno de los procedimientos para pasar la planta al sistema NFT.
3.10 Medios para contener la planta en el sistema NFT. Los cultivos hidropónicos no usan la tierra como medio para crecer, por lo que se deben colocar en recipientes, para que puedan crecer. Se puede usar cualquier recipiente de plástico o de lata como: palanganas, canastos, vasos, botellas, cajas de madera o llantas. Para construir nuestros recipientes de cultivo, debemos seguir estos pasos:
FABRICACION DE LOS RECIPIENTES CON VASOS DE PLÁSTICO PARA ELLO VAMOS A UTILIZAR:
*CUCHILLO O CLAVOS *MARTILLO *VASOS DE PLASTICO
2. REALIZAMOS ORIFICIOS EN EL VASO CON ESTO NUESTRO CONTENEDOR PARA QUE SIRVAN DE DRENAJE, UN 3. ESTÁ LISTO. HORIFICIO EN LA PARTE MEDIA Y DOS A LOS LADOS 53
3.11 SUSTRATO PARA LAS PLANTAS. El tipo de sustrato a utilizar para nuestras plantas es de tipo sintético, usaremos wata y esponja de poliéster, debido a su bajo costo y facilidad en su manejo.
1. cortar la wata en tiras de aproximadamente 20cm de largo y 5 de ancho
2. después ya teniendo la wata cortada
será más fácil usarla para nuestros fines.
3.12 PREPARACION DEL FERTILIZANTE PARA LAS PLANTAS. El fertilizante que estamos utilizando está especialmente diseñado para cultivo hidropónico y solo hace falta disolverlo en agua, aunque es posible adquirirlos en dos porciones las cuales son solución A Y solución B, en la primera se encuentran macronutrientes, en la segunda los micronutrientes, nuestra solución ya contiene ambos elementos, a continuación veremos cómo prepararla.
Se agregan una tapadera de fertilizante para preparar 20 litros, y es recomendable deshacer las medidas en un poco de agua antes de agregarla a toda el agua que se vaya a preparar. Para evitar que se asiente los elementos al no deshacerse completamente.
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3.13 ¿COMO SE SIEMBRAN LOS CULTIVOS? Existen dos tipos de sistemas de siembra: 1. Siembra por trasplante 2. Siembra Directa 1. SIEMBRA POR TRASPLANTE: Se hace con plantas que Necesitan primero
estar en semilleros para luego ser Trasplantadas, tales como:
2. SIEMBRA DIRECTA: Se usa para plantas que desde el principio crecen fuertes
y se siembran directamente en el lugar donde pasarán su ciclo de vida, tales como:
En nuestro caso como elegimos el cultivo de lechuga y repollo, como observamos utilizamos la siembra de trasplanté ya que nuestras plantas solo estarán 30 días en los semilleros o germinadores, pasados esos días comenzaremos a realizar los trasplantes a las nuevas áreas de desarrollo completo de la planta hasta su cosecha.
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3.14 extracción de las plantas de los semilleros
PLANTAS CON 5 DIAS DE SU GERMINACION. REPOLLO
PLANTULAS DE LECHUGA OREJONA A 5 DIAS DE SU GERMINACION
PLANTAS 33 D AS DESPU S DE SU PLANTACI N EN ESTA SE OBSERVA QUE YA TIENE HOJAS VERDADERAS.
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LA PLANTAS DE EXTRAEN DEL CONTENEDOR, TRATANDO DE TENER CUIDADO DE NO ROMPER LAS RAÍCES PRINCIPALES AL SACARLAS, POR LO CUAL USAMOS UNA CUCHARA PARA SACARLAS PLANTAS.
SE SUSTRAEN LAS PLANTAS ASÍ COMO SE OBSERVA EN LA IMAGEN SACAMOS LA PLANTA CON UNA PORCIÓN DE TIERRA, QUE ESTÁ SUJETA POR LAS RAÍCES.
COLOCAMOS LA PLANTA EN UN BALDE CON AGUA PARA QUE LA TIERRA QUE TIENE SE ABLANDE Y DESPRENDA DE LAS RAÍCES.
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LAVAMOS LAS RAÍCES LO MÁS QUE SE PUEDA YA QUE EL SUSTRATO QUE TIENE PUEDE CONTAMINAR EL ÁREA EN LA QUE LA INSTALAREMOS. COMO VEMOS SOLO QUEDARON LAS RAÍCES.
TOMAMOS UNA PORCIÓN DE LA WATA Y COLOCAMOS LAS RAÍCES DE LA PLANTA SOBRE LA TIRA DE WATA, HACEMOS UN DOBLES SOBRE LA RAÍCES Y COMENZAMOS A ENVOLVER LA RAÍZ CON LA WATA.
CONFORME SE ENVUELVE, DEBEMOS DE CUIDA DE NO DOBLAR LA PLANTA PARA EVITAR QUEBRAR LA RAÍZ, DE LO CONTRARIO YA NO SERVIRÍA. PODEMOS QUITAR LAS HOJAS PEQUEÑAS LAS PRIMERAS HOJAS YA QUE ESTAS SE SECARAN POSTERIORMENTE.
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LAS PLANTAS DEBEN DE QUEDAR COMO SE MUESTRA EN LA IMAGEN DE LA DERECHA.
DESPUÉS SE COLOCA DENTRO DE LOS VASOS QUE PREVIAMENTE FUERON PERFORADOS, COLOCAMOS DE ESTA FORMA UNA POR UNA.
TRATAMOS DE COLOCARLAS PLANTAS LO MÁS DERECHO POSIBLE PARA QUE CAPTEN CORRECTAMENTE LOS RAYOS DEL SOL Y CREZCAN DE MANERA OSTENTOSA.
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3.15 Inserción en tubos de pvc.
COLOCAMOS LAS MANGUERAS Y TANQUES CON LÍQUIDO FERTILIZANTE, CONECTAMOS MANGUERAS Y ENCENDIMOS LAS BOMBAS PARA LLENAR LOS TUBOS.
LOS TUBOS ESTÁN NIVELADOS DE AMBOS LADOS Y SELLADOS, SOLO TIENE UNA MANGUERA EN LA PARTE DE DESAGÜE PARA QUE EL AGUA SALGA DEL TUBO AL LLEGAR A CIERTO NIVEL.
COLOCAMOS UNA POR UNA LAS PLANTAS EN LOS ORIFICIOS DE LOS TUBOS, ASÍ COMO VEREMOS A CONTINUACIÓN EN LAS SIGUIENTES IMÁGENES.
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EN LAS IMÁGENES QUE A CONTINUACIÓN SE MUESTRAN SE OBSERVA COMO ESTÁ INSTALADO EL SISTEMA DE CIRCULACIÓN, EL AGUA QUE SALE DE LOS TUBOS LLEGA A UN CONTENEDOR DE COLOR BLANCO, EN EL CUAL ESTÁN UNAS PLANTAS DE TOMATE HIDROPÓNICAS, ESTO PERMITE QUE AL MISMO TIEMPO QUE CULTIVO LECHUGAS TAMBIÉN TOMATES.
ESTE ES EL TANQUE DE RESERVA CONTIENE FERTILIZANTE LÍQUIDO, PARA SUMINISTRARSE CUANDO SE REQUIERA AL TANQUE DE RECIRCULACIÓN EN CASO DE QUE EL NIVEL DEL TANQUE BAJE DEMASIADO PARA EVITAR QUE LAS PLANTAS SE QUEDEN SIN AGUA. CAPACIDAD DE 20LT.
EL AGUA SALE DE LOS TUBOS Y ENTRA A ESTE CONTENDOR PARA ALIMENTAR A UNAS PLANTAS DE TOMATE HIDROPÓNICAS, DESPUÉS DE ESTO POR MEDIO DE OTRA BOMBA EL AGUA SUBE HACIA LOS TUBOS Y ASÍ SE REPITE EN CICLO. 61
62
ESTE ES EL RESULTADO FINAL DE UNA HUERTA HIDROPÓNICA CASERA, FUNCIONADO, LA CUAL ESTA ECHA PARA QUE 3 TIPOS DE PLANTAS SE DESARROLLEN EN ELLA DE MANERA ARMÓNICA, EN LAS IMÁGENES SE OBSERVA PLANTAS DE TOMATE CON SUS FRUTOS Y ALGUNAS DE LECHUGA, DE IGUAL FORMA PLANTAS DE YERBA BUENA CON EXCELENTES RESULTADOS EN SU ADAPTACIÓN PUES A LOS POCOS DÍAS DE PLANTARSE COMENZARON A DESARROLLAR GRAN CANTIDAD DE RAÍCES QUE SE PRECIPITABAN HACIA ABAJO BUSCANDO EL AGUA CON NUTRIENTES.
63
4 ELEMENTOS PARA LA AUTOMATIZACION 4.1 Automatización de los principales procesos de un cultivo hidropónico. Automatización Industrial (automatización; del griego antiguo auto: guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias y/o procesos industriales. La automatización como una disciplina de la ingeniería que es más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar, controlar las operaciones de plantas o procesos industriales, así como supervisión autónoma en procesos agrícolas. El empleo de la automatización nos ofrece grandes ventajas dentro de procesos que están en constante repetición , control de calidad más estrecho, mayor eficiencia, integración con sistemas empresariales, incremento de productividad reducción de trabajo humano lo cual conlleva a menos trabajadores y permite evitar el contacto de trabajadores con elementos peligroso.. Dado que no todas las tareas pueden ser automatizadas, es importante el poder discernir cuales tareas son suficientemente repetitivas o complejas para que ameriten ser automatizadas. Es importante saber que cuando se pretende implementar la automatización debe de conocerse cómo funciona el sistema al que se le van a aplicar tareas automatizas para que la automatización realice estas actividades lo más apegado a las especificaciones técnicas, dado que en nuestro proyecto se pretende automatizar los principales procesos de un cultivo hidropónico, fue necesario diseñar y construir un sistema hidropónico con técnica NFT lo cual nos permitió conocer más a fondo como funciona esta nueva tecnología agrícola para el cultivo de plantas.
Teniendo el cultivo
hidropónico funcionado, nos dimos a la tarea de comenzar a diseñar e implementar la automatización de algunos de sus procesos, a continuación presentamos los elementos necesarios para realizar la automatización, sus especificaciones técnicas, así como los diagramas de control para el sistema y sus funcionamiento. 64
4.2 Instrumentación. En el capítulo anterior se planteó el diseño y construcción de un cultivo hidropónico NFT casero, en este capítulo
se platearan los diagramas eléctricos para la
automatización de los principales procesos del cultivo hidropónico , además de que se seleccionaron los sensores, microcontroladores y materiales, que permitirán ejecutar las tareas de automatización, tratando de aplicarlos en la medida de lo posible con el mismo principio de funcionamiento que existiría en un invernadero de tamaño real.
4.3 Microcontrolador pic16f877a El microcontrolador PIC16F877 de Microchip pertenece a una gran familia de microcontroladores de 8 bits (bus de datos) que tienen las siguientes características generales que los distinguen de otras familias: - Arquitectura Harvard - Tecnología RISC - Tecnología CMOS Estas características se conjugan para lograr un dispositivo altamente eficiente en el uso de la memoria de datos y programa y por lo tanto en la velocidad de ejecución. Un pic permite el manejo de variables que pueden ser de carácter digital o analógico y que son adquiridos a través de sus entradas. La lógica programada en el mismo permite la toma de decisiones y la ejecución de tareas diversas. Dichas tareas son ejecutadas a través de dispositivos conectados a las salidas del pic, los cuales también pueden ser de naturaleza digital y/o analógica dependiendo.. Fig. 33 configuraciones de las entradas de un pic16f877a.
Sus reducidas dimensiones, su extremada facilidad de montaje, la posibilidad de Almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hacen que la 65
eficacia de los pics se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades como: espacio reducido, procesos cambiantes, procesos secuenciales, procesos complejos. Principales características: Frecuencia de operación:
20khz
Canales analógico-digitales:
8 canales
Volaje de opercion.:
2.0v a 5.5v
Datos en memoria: Comparadores analógicos:
368 bytes 2
Funciones que puede ejecutar
El pic 16f877a pueden ejecutar todo tipo de operaciones lógicas programadas de acuerdo al álgebra booleana; también pueden realizar operaciones aritméticas y manejo de fechas y horas, temporización y conteo de eventos, así como funciones de encendido y apagado con niveles de prioridad. También se tiene la posibilidad de manejar y almacenar datos en memoria para su uso y consulta.
4.4 Microcontrolador Pic16f628a El pic16f628a es un microcontrolador de 8 bit, posee una arquitectura RISC avanzada así como un juego reducido de 35 instrucciones. Este microcontrolador es el remplazo del obsoleto pic16f84a, los pines del pic16f628a son compatibles con el pic16f84a. Características del PIC16F628A:
CPU De alto rendimiento RISC: • velocidades de operación de DC - 20 MHz • Capacidad de interrupción • pila de 8 niveles 66
• Modos de direccionamiento directos, indirectos y relativo • 35 simples instrucciones de palabra: Todas las instrucciones de ciclo único,
excepto las de salto. Canales analógico-digitales: 0 Voltaje de operación: 2.0v a 5.5v Datos memoria: 224
34fig. configuraciones las entradas de un pic16f628a
Funciones del pic16f628a
Pueden ejecutar todo tipo de operaciones lógicas programadas de acuerdo al álgebra booleana; también pueden realizar operaciones aritméticas y manejo de fechas y horas, temporización y conteo de eventos, así como funciones de encendido y apagado con niveles de prioridad.
67
4.5 Integrado 40106 Este integrado contiene en su interior el equivalente a 6 compuertas inversoras (NOT) con entradas Schmitt trigger. CMOS. Características:
6 compuertas inversoras (NOT) con entradas Schmitt trigger
La histéresis de las entradas incrementa la inmunidad al ruido y elimina el jitter
Tecnología: CMOS
Voltaje de alimentación: 3 V a 15 V
Encapsulado: DIP 14 pines
35fig. configuración de las entradas de circuito.
68
4.6 Sensor de temperatura LM35 El lm35 es un sensor de temperatura integrado de precisión, cuya tensión de salida es linealmente proporcional a temperatura en ºc (grados centígrados). El lm35 por lo tanto tiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrada en grados kelvin: que el usuario no está obligado a restar una gran tensión constante para obtener grados centígrados. El lm35 no requiere ninguna calibración externa o ajuste para proporcionar una precisión típica de ± 1.4 ºc a temperatura ambiente y ± 3.4 ºc a lo largo de su rango de temperatura (de -55 a 150 ºc). el dispositivo se ajusta y calibra durante el proceso de producción. la baja impedancia de salida, la salida lineal y la precisa calibración inherente, permiten la creación de circuitos de lectura o control especialmente sencillos. el lm35 puede funcionar con alimentación simple o alimentación doble (+ y -) requiere sólo 60 µa para alimentarse, y bajo factor de autocalentamiento, menos de 0,1 ºc en aire estático. el lm35 está preparado para trabajar en una gama de temperaturas que abarca desde los- 55 ºc bajo cero a 150 ºc, mientras que el lm35c está preparado para trabajar entre -40 ºc y 110 ºc (con mayor precisión). Características:
*Calibrado directamente en grados Celsius (Centígrados) *Factor de escala lineal de +10 mV / ºC *0,5ºC de precisión a +25 ºC *Rango de trabajo: -55 ºC a +150 ºC *Apropiado para aplicaciones remotas *Bajo coste *Funciona con alimentaciones entre 4V y 30V *Menos de 60 µA de consumo *Bajo auto-calentamiento (0,08 ºC en aire estático) *Baja impedancia de salida, 0,1W para cargas de 1mA
69
4.7 Bomba hidráulica Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Existen gran variedad de bombas hidráulicas, las cuales se dividen en dos grupos principales: las bombas de desplazamiento positivo y las bombas rotodinámicas. En esta última categoría, un tipo muy común es la bomba centrifuga o radial, en la cual el agua bombeada sigue una trayectoria perpendicular al eje rotativo impulsor. El tipo de bomba que hutilizamos es de agua sumergible y sus especificaciones las presentamos a continuación:
* Voltaje: 110V/220V/240V *Frecuencia: 50/60HZ *capacidad de 1200 litros por hora * 10 watts de potencia *una altura de metros, 1.8 metros de cable y eje de cerámica. 70
4.8 Tipo de cultivo a utilizar El tipo de cultivo hidropónico a utilizar es el de la técnica NFT o técnica de la película de nutrientes, la cual consisten en sembrar las plantas sobre un sustrato inerte en nuestro caso utilizamos la wata, después se colocan en tubos de PVC que previamente fueron perforados, los cuales contiene un solución con fertilizante la que aporta los nutrientes necesarios a la planta para que esta crezca de forma sana y que está en constante movimiento por una bomba de agua para oxigenar el agua. Este tipo de cultivo es más ventajoso que la de sustrato sólido pues el crecimiento de las plantas es más acelerado y además permite una densidad de cultivos aún mayor si se disponen las plantas en niveles; sin embargo, tiene la desventaja de que implica más cuidados que la hidroponía de sustrato sólido debido a que debe de regarse constantemente.
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4.9 Factores de gran importancia dentro de un cultivo y procesos a automatizar. En el capítulo 2 de desarrollo teórico se explica cuáles son los factores críticos dentro de un cultivo hidropónico y se explica el porqué. Los factores que se deben de cuidar dentro de un cultivo hidropónico son: Ø Oxigenación del agua Ø Cantidad de nutrientes Ø Temperatura del agua Ø Cantidad de agua Debido a que el tipo de técnica que estamos empleando es de NFT, esto quiere decir que el agua estará en constante movimiento debido al tipo de estructura y ala constante recirculación del agua , esta acción permite que el agua se esté oxigenando constantemente y ya no es necesario utilizar un equipo para este factor, a diferencia de un sistema de tipo raíz flotante el cual se debe de meter una bomba de aire para que las plantas no mueran o se desarrollen de manera poco favorable por la falta de oxígeno a las raíces. Entre otras ventajas de utilizar la recirculación es que evita el aumento de temperatura debido a la radiación solar y además asegura el mantenimiento de niveles mínimos de agua en los diferentes tubos del sistema. Adicionalmente, según lo indican quienes se dedican a comerciar con sistemas de hidroponía, la circulación del agua enriquecida propicia el rápido crecimiento de las plantas, así como también retarda el crecimiento de musgo en los recipientes que la contienen. Por tanto, es conveniente automatizar la recirculación periódica del agua del cultivo, sobre todo considerando que es una tarea repetitiva y recurrente. Otro cuidado importante es la reposición del agua que se pierde en el proceso debido a la evaporación que es mínima y al consumo mismo de las plantas que el la mayor parte de consumo por la planta, otro factor que se puede estar monitoreando para un mejor manejo de esta técnica es la temperatura ambiente. 72
4.10 Formas en cómo se realizara la automatización de procesos. La automatización de los procesos de mayor importancia del cultivo hidropónico NFT, deberá ser controlada por un microcontrolador PIC16F877A y pic16f628A por medio de los cual se enviaran las señales para el encendido y apagado de las bombas, utilizando intervalos de tiempo establecidos en el lenguaje de programación, y a su vez por las señales recibidas de los sensores externos colocados en los tanques de reserva (B) y el tanque de alimentación de agua (A). La recirculación del agua debe ser realizada con una bomba hidráulica de baja potencia y de uso común para peceras pero con la fuerza necesaria para mover el agua, para la cual es necesario tener un control de su encendido y apagado periódico, a través de una serie de instrucciones. En el caso de la reposición de agua y nutrientes, se utilizaran una bomba hidráulica cada 5 horas durante 20 minutos el riego. Para la reposición de agua se usaran sensores de nivel para determinar el momento en el cual existe una cantidad de agua mínima en el tanque de alimentación a los tubos, y se enviara una señal al microcontrolador pic16f9877a para encender la bomba que está dentro del tanque de reserva para comenzar a llenar el tanque de alimentación. En caso de que el tanque de reserva (B) se encuentre vacío existirá en el un sensor para indicar que este esta vacío y por ello no se podrá iniciar el bombeo del agua hacia el tanque de alimentación a los tubos(A), esto para evitar que la bomba trabaje en seco y esto ocasiones daños a la bomba. También se agregó al sistema un sensor de temperatura LM35 para monitorear la temperatura ambiente en las plantas esto nos servirá para observar los cambios de temperatura y en caso de ser necesario hacer una modificación en el riego de las plantas ya que un cambio brusco de temperatura afecta las plantas en cuanto al consumo de agua por lo que este puede aumentar. Cada tubo cuenta con un sensor de humedad para indicarnos si existe agua en la tubería y así evitar estrés en las plantas, este sensor encenderá un indicador cada vez que el tubo tenga agua.
73
En el sistema de control cuenta un selector para activar el sistema en automático o manual, esto nos permite que en caso de que exista algún problema en el sistema se pueda pagar o en su caso modificar el tiempo de riego para hacerlo de manera manual si así se requiera. Además de que podremos checar la fecha de trasplante de las plantas en la pantalla LCD. a continuación muestra el diagrama general del sistema.
Tanque de reserva (B) SELECTOR
S4
PIC 16F6
S2
28 S3
S1 7 7 A
1 6 F 8
P IC
S1: SENSOR DE TEMPERATURA S2: SENSOR DE NIVEL TANQUE B
LCD S1:ON S2:OFF S3:ON
S3: SENSOR DE NIVEL OK TANQUE A S4: SENSOR DE NIVEL BAJO TANQUE A SELECTOR: AUTOMATICO O MANUAL.
74
En el diagrama se muestra que el pic16F877A el cual se encarga de controla el tipo manejo del sistema ya sea manual o automático, cuando se está trabajando con el sistema manual, las bombas podrán ser encendidas por medio de interruptores manuales unidos a relevadores, pero si queremos utilizar el sistema automático, el pic16f877a enviara una señal al pic16f628A para que comience a funcionar y operar utilizando un programa previamente establecido con intervalos de tiempo para el encendido de las bombas, así como la lectura de los sensores, al pic16f877a también estarán llegando señales de los sensores que están activos y a su vez se mostrara en la pantalla LCD, también la temperatura ambiente y se podrá acceder a la fecha de trasplante. Además se piensa en realizar una pequeña maqueta que estará unida a sensores los cuales indicaran por medio de luz led si estos tienes agua en su interior. En la parte de abajo explicaremos las partes de los circuitos y como están divididos.
4.11
Sistema de monitores de los sensores
La pantalla LCD nos muestra el tipo de control que estamos manejando por medio de un interruptor el cual nos facilita la actividad.
75
En esta parte adema se muestra que sensores están activos, los cuales pertenecen a sensores de nivel y de temperatura. El diseño general de la parte de control automático-manual está dividido en secciones.
Los relevadores en este caso actúan como elementos de potencia para accionar las bombas de recirculación del agua.
76
4.12 Simulación del comportamiento de los sensores. En esta parte del circuito se muestran cada uno de los sensores a utilizar estos simulan la acción de encendido o apagado cuando estos envíen una señal al tener humedad .
SW1: selector manual o automático, dependiendo en qué estado se encuentre en la pantalla LCD se visualizaran el estado.
SW1: SELECTOR MANUAL AUTOMATICO, SE MOSTRARA EN LA PANTALLA LCD EL ESTADO. SW2: SENSOR DE NIVEL TANQUE B SW3: SENSOR DE NIVEL OK TANQUE A SW4: SENSOR DE NIVEL BAJO TANQUE A
77
4.13 establecimiento de fechas y visualización.
en esta parte del circuito podrás ingresar la fecha en la cual realizaste el trasplante de las plantas y poder realizar anotaciones con respecto al crecimiento que han tenido desde que fueron trasplantadas o en caso realizar experimentos aplicando distintas mesclas de fertilizante para ver su crecimiento y poder elegir en base a esto la mejor opción para tus plantas.
SW5: botón de visualización de fechas, con el podrás ver la fechas previamente ingresada. RV1: potenciómetro para seleccionar el día de trasplante. RV2: potenciómetro para seleccionar el mes en que fue trasplantada.
78
4.14 Parte de control automático Circuito general para la parte de control automático del encendido de las bombas para el riego de las plantas y para rellenar el tanque de circulación. En esta parte el pic16f628 está recibiendo las señales de los sensores, para poder comenzar el riego de las plantas cada cierto tiempo, la bomba se enciende para regar durante 10 minutos y se apaga. Pero para que esto suceda los sensores del tanque A deben de indicar que este tiene agua para que la bomba no trabaje en seco. En caso de que el sensor del tanque A no tenga agua entonces la bomba del tanque B entra para comenzar a rellenar el tanque y así pueda funcionar la bomba de riego. Para el accionamiento de las bombas empleamos dos relevadores, los cuales dependiendo de las lecturas de los sensores estas entran en acción.
79
4.15 Sensores para la lectura de niveles. Los sensores de nivel fueron hechos por medio este integrado contiene en su interior el equivalente a 6 compuertas inversoras (not) con entradas schmitt trigger. De tal forma que se usan la resistencia que ofrece un líquido cuando entra en contacto con las dos puntas, y sale un pequeño voltaje, el integrado al recibir una pequeña señal las filtra y envía un alto.
Así como se muestra en la imagen de arriba las señales débiles o altas pueden ser filtradas.
80
4.16 Programación de cada uno del micro controlador
la programación del pic16f877a fue hecha en compilardor ccs compiler y este es el código del programa. #include <16f877.h>
{
#device adc=10 //Usa resolución de 10 bits #use delay(clock=4000000) #fuses hs,nowdt,noprotect,nolvp
set_adc_channel (0); // inicia lectura del canal NA0 MIDE PRESION delay_us (20);
#include "lcd.c" float temp,medicion,medicion2,mes,dia;
medicion=read_adc (); temp=medicion*(0.48875); //Pasa binario a °C
void main (void)
{ setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);//Bits de config...
set_adc_channel(1); la lectura del canal NA1 MIDE TEMPERATURA
setup_adc_ports(AN0_AN1_AN3);
delay_us(20); necesario para la conversion
lcd_init();
//Inicia LCD
lcd_putc(" Automatizacion\n"); //Saca texto lcd_putc(" y monitoreo");
//Saca texto
// inicia
//tiempo
medicion2=read_adc (); //Hace conversión AD dia=((medicion2*31)/1023);
delay_ms(1500); lcd_putc("\f");
//Limpia pantalla
while(dia<1 && dia>=0)
lcd_putc(" de un sistema\n"); //Saca texto
{
lcd_putc(" hidroponico");
dia=dia+1;
delay_ms(1500);
//Saca texto
break; }
while (true)
81
set_adc_channel(3); la lectura del canal NA1 MIDE TEMPERATURA delay_us(20); necesario para la conversion
// inicia
while(mes>682 && mes<767) {
//tiempo
mes=read_adc (); //Hace conversión AD
printf(lcd_putc,"
SEP"); //xxx.x °C
break; } while(mes>596 && mes<682) {
if(input(PIN_C3))
printf(lcd_putc,"
{
break;
lcd_putc("\f"); lcd_putc("Fecha de"); //Saca texto while(mes>937 && mes<=1024)
} while(mes>511 && mes<596) {
{ printf(lcd_putc,"
AGO"); //xxx.x °C
DIC"); //xxx.x °C
printf(lcd_putc,"
JUL"); //xxx.x °C
break;
break;
} } while(mes>852 && mes<937)
{
{ printf(lcd_putc,"
NOV"); //xxx.x °C
while(mes>767 && mes<852)
while(mes>341 && mes<426) {
{
}
JUN"); //xxx.x °C
}
}
break;
printf(lcd_putc," break;
break;
printf(lcd_putc,"
while(mes>426 && mes<511)
OCT"); //xxx.x °C
printf(lcd_putc,"
MAY"); //xxx.x °C
break; } while(mes>255 && mes<341) 82
{ printf(lcd_putc,"
{ ABR"); //xxx.x °C
if(input(PIN_C2))
break;
{
}
output_high(PIN_B1);
while(mes>170 && mes<255)
output_high(PIN_B0);
{
lcd_putc("\f");
printf(lcd_putc,"
MAR"); //xxx.x °C
lcd_putc("Estado Automatic"); texto
break; } while(mes>85 && mes<170)
FEB"); //xxx.x °C
if(input(PIN_C4))
lcd_putc(" S1=on"); //Saca texto
} while(mes>=0 && mes<85)
} else
{ ENE"); //xxx.x °C
break; } delay_us (500); lcd_putc("\nTransplante"); //Saca texto printf(lcd_putc," %02.0f",dia); delay_us (2500);
delay_ms(1000);
{
break;
printf(lcd_putc,"
//Saca
lcd_putc("\f");
{ printf(lcd_putc,"
lcd_putc(" Sistema en\n"); //Saca texto
{ lcd_putc(" S1=off"); //Saca texto } if(input(PIN_C5)) { lcd_putc(" S2=on\n"); //Saca texto } else
}
else
{ lcd_putc(" S2=off\n"); //Saca texto 83
}
}
if(input(PIN_C6))
else
{
{
lcd_putc(" S3=on"); //Saca texto
lcd_putc(" S1=off"); //Saca texto
}
}
else
if(input(PIN_C5))
{
{
lcd_putc(" S3=off"); //Saca texto
lcd_putc(" S2=on\n"); //Saca texto
}
}
printf(lcd_putc," %02.0f%cC",temp,223); //xxx.x °C
else
delay_ms (2500);
{ lcd_putc(" S2=off\n"); //Saca texto
}
} if(input(PIN_C6))
else
{
{
lcd_putc(" S3=on"); //Saca texto}
output_low(PIN_B1);
else
output_low(PIN_B0);
{
lcd_putc("\f");
lcd_putc(" S3=off"); //Saca texto
lcd_putc(" sistema en\n"); //Saca texto lcd_putc(" estado manual");
//Saca texto
}
delay_ms(1000);
printf(lcd_putc," %02.0f%cC",temp,223); //xxx.x °C
lcd_putc("\f");
delay_ms (2500);
if(input(PIN_C4))
}
{
}
lcd_putc(" S1=on"); //Saca texto
} 84
}
La programación de pic16f62A Para la programación del pic16f628a se utilizó de tipo escalera como el que se usan para programar a los plcs, el programa que se utilizó ldrmicro, se usa la programación de tipo escalera, esto se debe principalmente a la facilidad que tiene usar este tipo de programación para establecer los tiempos de encendido y apagado de las bombas.
Cada línea tiene una serie de condiciones que se manejan según los valores de entrada de los sensores, con este programa la bombas comenzaran el riego cada 5 horas, con una duración de riego de 20 minutos, ya que el tipo de estructura permite guardar agua para que no sea necesario encender constantemente las bombas y se alimenten del agua que tiene almacenada en los tubos.
85
4.17 Diseño de los pcbs.
En esta parte del circuito se llevaran a cabo el control manual-automático y monitoreo de sensores de nivel y temperatura.
En esta sección se controlara automáticamente el encendido y apagado de las bombas.
Placa con sensores de nivel.
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4.18 Conclusiones y recomendaciones. Para este proyecto, todos los objetivos fueron cumplidos. Todos los diseños eléctricos y estructuras realizados fueron implementados y funcionaron de forma correcta. La automatización implementada para una cultivo hidropónico NFT, nos permitió disminuir de gran forma el trabajo humano requerido para la realización de las tareas de mantenimiento que demanda su funcionamiento diario. Los procesos diarios requeridos son: · La recirculación y oxigenación del agua de la huerta · La reposición de agua consumida por las plantas · La lectura de la temperatura ambiente. El hecho de tener un cultivo de este tipo y diseño nos permite no tener que estar encendiendo y apagando las bombas para recircular esto es debido a que su diseño permite que el agua se almacene en los tubos es decir que al pasar por los tubos el agua llena el tubo y cuando esta dejan de funcionar el agua se queda allí estancada por un corto periodo de tiempo, y así las plantas tengan agua por algún tiempo hasta que se inicie de nuevo la reposición de agua por las bomba. Además, el ajuste de nivel instalado en cada uno delos tanques permite que sea más rápida y confiable la reposición de agua en caso de que se llegue a terminar.
Con el paso de los días se observó cómo funcionaba el sistema, de forma favorable, además de que las plantas tienen un excelente desarrollo dentro de un sistema de este tipo, esto nos permitió concluir que aplicando la automatización de tareas de petitivas conlleva a un mejor cuidado y por ende desarrollo de las plantas en un cultivo hidropónico, pues permite una continua atención a las necesidades de oxigenación, reposición de agua y nutrientes en el cultivo, así como a la vez evita que se incremente la temperatura del agua y retarda la formación de musgos. 87
Las plantas con adecuada oxigenación crecen saludablemente y de forma acelerada También es posible notar una diferencia en el crecimiento de las plantas en las cuales se tiene recirculación de agua constante con respecto a quienes no la tienen. Sin embargo, tener la certeza de tal beneficio requiere de un periodo de estudio mucho más tiempo.
Recomendaciones Para aumentar la confiabilidad del sistema en el proceso de reposición de nutrientes sería ideal el uso de electroválvulas para ir agregando al tanque que se encarga de suministrar agua al tanque de recirculación, esto debido a que nos proporcionaría un mejor dosificación al aplicar los nutrientes al agua, por ello se recomienda instalar 2 electroválvulas una para los micronutrientes y la otra para los macronutrientes. Para el monitoreo de proceso de riego sería de gran ayuda la instalación de un indicador de humedad para ver que tubo tiene deficiencia de agua por fuga o taponeo en la entrada. Es posible también considerar la posibilidad de instalar un sensor de pH que monitoree en línea la acidez del agua del sistema, de forma que pueda dar una señal de alarma, en caso de que dicho valor se salga de los parámetros recomendados para el cultivo. Dicho sensor podría ser de naturaleza analógica o digital con valores límites preseleccionados. La dosificación de ácido nítrico es utilizada para ajustar el pH de los cultivos sin
embargo, no se considera conveniente el tener una regulación
automatizada de tal tipo por las dificultades que presenta el manejo de dicho ácido y la poca regularidad con la que tal tipo de ajuste sea necesario. Como recomendación final, todos los componentes del sistema automático se pueden adaptar fácilmente a un cultivo de mayores rasgos, lo que hace fácil la expansión del tamaño de cultivo para tener una producción más abundante de hortalizas, sin tener que invertir trabajo y dinero adicionales en la automatización.
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4.19 Bibliografía. Libros: 1 -el arte de cultivar sin tierra. jose maria alarte 1° edición. 2 -como hacer hidroponía. keith roberto. 4° edición. 3 -manual de cultivo de lechuga en agua. 4- compilador ccs y simulador proteus para microcontroladores pic Paginas: 1.
http://es.wikipedia.org/wiki/Hidropon%C3%ADa
2.
http://hidroponia.org.mx/
3.
http://www.hydroenv.com.mx/catalogo/index.php?main_page=page&id=27&chapter=1
4.
http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/ingenieriaelectronica/respuestas/10203/40106-trigger-schmitt
5.
http://www.grupomaser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/Automatizacion/Auto matizacion.htm
6.
http://hidroponia.gcaconsultora.com.ar/product_hidrop.html
7.
http://proyectoaula-pic16f628a.blogspot.com/
89
