Monitoreo de la producción de
hortalizas en invernaderos en la ciudad de Pampas de la provincia de Tayacaja
de la región Huancavelica
Monitoring of vegetable production in
greenhouses in the city of Pampas in the province of Tayacaja in the
Huancavelica region
Ángelo Pedro Pariona Asto
Universidad
Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
72013530@unat.edu.pe
Paul Huaroc Barreto
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
71378097@unat.edu.pe
Ronal Palomino Flores
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
71390470@unat.edu.pe
Milagros Sinche Llacua
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
71387148@unat.edu.pe
Ronald Paucar Curasma
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
rpaucarc@unat.edu.pe
RESUMEN
En el presente artículo, los
autores diseñaron e implementaron un prototipo empleando sensores de
temperatura y humedad para el monitoreo de la producción de hortalizas en
invernaderos en la provincia de Tayacaja. Para ello se utilizaron una placa
Arduino y la programación por bloques basado en el software mBlock. Se cuenta
con una interfaz amigable para el monitoreo de condiciones ambientales
relacionadas a la temperatura y humedad del invernadero; seteados entre los
rangos de (13-17) ° y (60-80) % respectivamente. En el desarrollo del prototipo
está basado de cuatro pasos: comprensión del problema, plan de actividades,
ejecución de actividades y prueba o evaluación de la solución. Este trabajo se
desarrolló en el curso de Gestión de la Información con estudiantes de II ciclo
de la carrera de ingeniería industrial.
Palabras clave: Monitoreo,
sensores de temperatura y humedad, arduino, mBlock, hortalizas.
ABSTRACT
In this paper,
the authors designed and implemented a prototype using temperature and humidity
sensors to monitor the production of vegetables in greenhouses in the province
of Tayacaja. For this, an Arduino board and block programming based on the
mBlok software were used. There is a friendly interface for monitoring
environmental conditions related to greenhouse temperature and humidity; set
between the ranges of (13-17) ° and (60-80)% respectively. In the development
of the prototype, it is based on four steps: understanding the problem, plan of
activities, execution of activities and test or evaluation of the solution.
This work was developed in the Information Management course with students of
the II cycle of the industrial engineering career.
Keywords: Monitoring, temperature and humidity sensors, arduino, mBlock,
vegetables.
INTRODUCCIÓN
Es de gran relevancia el adecuado
control y supervisión de las condiciones de producción de hortalizas. El
principal factor crítico está relacionado con las magnitudes de temperatura y
humedad; estas magnitudes deben estar seteados dentro de un rango de valores
que afianzan una correcta conservación del producto. El avance de la
tecnología; como: sensores, almacenadores de datos y comunicación inalámbrica
ofrecen una variedad de oportunidades para diversos estudios, desarrollos e
investigaciones en el monitoreo de contenedores de transporte de productos
refrigerados y agricultura de precisión; donde, los dispositivos presentan
principales ventajas de uso, resaltando el espacio reducido que ocupan y la
facilidad para su instalación; posibilitando el monitoreo
multi‐distribuida de la temperatura y humedad en un ambiente cerrado
(Manchego, 2016). Otras experiencias a destacar es la variedad de soluciones
basadas en la placa Arduino (Arduino, 2021), la cual nos permite resolver
problemas de nuestra comunidad (Loyola, 2018).
Actualmente, en la provincia de
Tayacaja, numerosos invernaderos de hortalizas priorizan procesos artesanales
en sus distintas fases de producción; como consecuencia retardos, carencia de
supervisión e inadecuada calidad en el producto; generando baja rentabilidad
(Araya, 2020). Por lo cual, el presente artículo se implementa un prototipo
para el monitoreo o supervisión de las diferentes etapas o fases de
invernaderos que produzcan hortalizas, utilizando la placa Arduino y sensores
de temperatura y humedad; asimismo, el empleo de la programación por bloques
basado en el software mBlock (Makeblock, 2021) para la representación de la
interfaz gráfica (Loyola, 2018).
METODOLOGÍA
Para el desarrollo del prototipo
se siguió la metodología de Polya (1945) que consta de 4 procesos o fases:
comprensión del problema, plan de actividades, ejecución de actividades y
prueba o evaluación de la solución. A continuación, se describe cada proceso.
Comprensión del problema
En esta fase se realizaron
búsqueda y recopilación de información con respecto a la problemática. Para
ello se consultaron Google scholar, repositorios Alicia, base de datos scielo,
entre otros. Al obtener la información necesaria acerca del problema sobre
monitoreo de producción de hortalizas, es imprescindible utilizar sensores de
temperatura y humedad en invernaderos que ayuden a optimizar el crecimiento de
las hortalizas. En la Figura 1 se muestra las diversas fuentes bibliográficas
consultadas.
Figura 1: Diversas fuentes
bibliográficas consultadas
Planeamiento de actividades
En esta fase, se planificó las
siguientes actividades:
-
Identificar y comprender el problema de supervisión y producción
de hortalizas en la ciudad de Pampas.
-
Diseñar el circuito compuesto por la placa Arduino y sensor de
temperatura y humedad.
-
Programar el Arduino para la adquisición de parámetros de la
humedad y la temperatura.
-
Diseñar la interfaz gráfica para el monitoreo de la humedad y la
temperatura
-
Construir un prototipo que simule el invernadero para le medición
de los parámetros de temperatura y humedad.
-
Elaborar las especificaciones técnicas de los dispositivos
electrónicos y eléctricos para ser utilizados en el proyecto.
Ejecución de las actividades
A continuación, se describe las
principales actividades.
En el desarrollo del prototipo se
han utilizado los siguientes componentes electrónicos:
-
Arduino. Es una placa electrónica que se utiliza para desarrollar
elementos autónomos e interactuar con otros programas.
Figura 2: Dispositivo
Arduino uno.
-
Sensor DTH11. Es un sensor económico con el que se puede medir la
temperatura entre 0° y 50 °C con una precisión de +- 2 °C y la humedad entre
20% y 80% con una precisión de 5%c(Villarroel, 2019).
Figura 3:
Dispositivo sensor DTH11.
-
Resistencia. Componente electrónico que se opone al flujo de
corriente de un circuito eléctrico (Paguayo, 2019).
Figura 3: Dispositivo
resistencia de 330 ohm
B.
Diseño del circuito compuesto por la placa Arduino y sensor
de temperatura y humedad.
-
En la Figura 4 se muestra el conexionado del Arduino con los
dispositivos electrónicos (sensor dth11, resistencias y diodos LED). El sensor
detecta los cambios de temperatura y humedad, por el pin 2 envía una señal
analógica a la placa Arduino para que se encienda los diodos LED si superan los
rangos prefijados. Estos rangos están relacionados con la variación de la temperatura
(sube o baja); así como, también la humedad. El rango de medición de la
temperatura es de 70°C a 80°C y de la humedad es de 80% a 90%.
Figura 4: Circuito para
medir los parámetros ambientales de temperatura y humedad.
C. Programación
de la placa Arduino para obtener parametros de temperatura y humedad
A continuación, se muestra los
bloques de programación para la adquisición de datos del sensor DHT11 conectado
a la placa Arduino. Los bloques utilizados son: “Transmitir mensaje en modo de
carga”, variables, control y eventos.
Figura 5: Bloque de
monitoreo de temperatura y humedad.
Pruebas del prototipo
En esta fase se pone a prueba si
nuestro prototipo se encuentra en perfecto estado y lo más importante si
funciona o no. El propósito de esta fase es probar cada uno de los módulos e ir
adicionándolos cada uno de los componentes. Para probar de una manera integral,
se construye una maqueta; en esta maqueta está integrado todos los componentes
del prototipo; si durante las pruebas de funcionamiento presentan dificultades
se procederá a evaluar por componentes y así, dar con el problema. Esta
actividad se describe en mayor detalle en la siguiente sección de resultados.
RESULTADOS
Como resultado se tiene la
interfaz amigable e intuitiva; donde, se usa bloques previamente definidos para
dar órdenes a la placa Arduino y poder interactuar con los sensores de
temperatura y humedad. A continuación, se describen los resultados obtenidos
por componentes.
Interfaz gráfica para el
monitoreo
En la Figura 6 se muestra la
interfaz gráfica de monitoreo de temperatura y la humedad; esta interfaz se
desarrolló en el mBlock; la interfaz gráfica interactúa con el Arduino UNO;
donde, se crea una especie de alarma que indica la variación de temperatura;
mediante los diodos LED de colores se representa si sube o baja la temperatura;
así, como también la humedad. El rango de medición de la temperatura es de 70°C
a 80°C y la medida de humedad es de 80 a 90%.
Figura 6: Interfaz de
grafica.
Circuito implementado
Los dispositivos electrónicos
utilizados en el circuito son: Placa Arduino UNO, resistencias, sensor DTH11,
diodos LED, ventiladores, calefactores que se controlaran por un medio
desarrollado de manera visual (mBlock), con ayuda de la placa Arduino quien recibirá
los datos de temperatura y humedad del sensor, para luego enviarlo a la
interfaz del mBlock y posteriormente se visualizara en el PC, para tomar
acciones respecto a los datos prefijados.
Figura 7: Circuito para
monitoreo de temperatura y humedad mediante el sensor dth11. vegetables
Integración del prototipo en
una maqueta
Se diseñó un plano con los
detalles necesarios para realizar las construcciones con medidas a escala.
Teniendo en cuenta un promedio de temperaturas máximas y mínimas (que crezcan
en temperaturas entre los 24°C hasta los 38°C) a lo largo del día y del año.
Por otro lado, se controlará de forma automatizada las variables de
temperatura.
En la Figura 8 se muestra la
maqueta implementada; como se observa, la maqueta es de tipo capilla, para
aprovechar durante más tiempo la radiación solar. Como se observa en la imagen
del tablero de control (color negro) va a ir los dispositivos electrónicos:
Arduino, protoboard, resistencias. Además, el conexionado con los sensores y
actuadores serán por dentro de la estructura del invernadero.
Figura 8: Prototipo de un
invernadero.
DISCUSIÓN
Este artículo coincide con la
investigación de Reyna (2015) y otros, donde se realizó un estudio sobre el
sistema de control de temperatura y humedad en invernaderos; en las encuestas
obtenidos el 100% de los agricultores carecen del control de aspectos ambientales.
Por lo tanto, con el prototipo desarrollado basado en la placa Arduino y
mBlock, permitirá mejorar en la producción de hortalizas en la provincia de
Tayacaja, controlando la temperatura y humedad.
De acuerdo con las
investigaciones de López (2017) y López de la Paz (2016) implementaron un
prototipo en el control de temperatura y humedad, donde en las encuestas
obtuvieron que el 100% de las personas encuestadas creen que un sistema
automatizado aumenta la productividad y reduce los tiempos de producción.
Además, el 80 % de ellos invertirían en un invernadero automatizado. En cambio,
en nuestra investigación un 80 % de los agricultores optan en mejorar su
productividad y realmente quieren invertir.
Analizando la investigación de
Aliaga y Quispe (2015) que realizaron un estudio de un sistema de control de
humedad relativa de un invernadero en el valle de Pampas-Tayacaja, obtuvieron
resultados preliminares satisfactorios en las siguientes condiciones de
microclima: humedad relativa de 60%. y 70%. Nosotros coincidimos en respecto a
la humedad relativa de un invernadero debe oscilar entre los 60% y 80% para
obtener un producto de calidad y en menor tiempo. Además, es su investigación
implementaron con un microcontrolador (PLC) de mayor capacidad, no es necesario;
ya que las personas optan por mejorar su proceso con una economía alcanzable.
Por ende, nosotros recomendamos el Arduino, es menor capacidad y tiene un costo
módico.
CONCLUSIÓN
El prototipo desarrollado basado
en arduino y mBlock, permitirá mejorar la producción de hortalizas (lechugas y
fresas) en los invernaderos de la provincia de Tayacaja que cuenten con los
mismos estándares micro climáticos. Con un promedio de 15°de Temperatura y 70 %
de humedad.
El prototipo desarrollado permite
a los usuarios monitorear los valores del rango de la temperatura y humedad,
mediante una interfaz amigable desarrollada en el software mBlock.
El software mBlock y la placa
Arduino, son herramientas fundamentales y prácticos para desarrollar proyectos
a medida, para resolver problemas de nuestro entorno. Además, es idóneo su uso
en cursos de pregrado.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Retrieved December 5, 2021, from https://www.arduino.cc/
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invernadero. Pontificia Universidad Católica del Perú.
https://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/20.500.12404/6856