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NOMBRE DEL PROYECTO
AUTOMATIZACIÓN DE LOS PRINCIPALES PROCESOS
DE UN CULTIVO HIDROPONICO NFT.
PARA OBTENER EL TITULO DE: ING. MECATRONICO
POZA RICA DE HGO., VER. 7 ENERO DE 2014
PRESENTA: AZUCENA OM JOSE LUIS GO
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 cultivo 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 recomendaciones………………………………………………………………….87
4.19 –Bibliografía………………………………………………………………………………………………….89
1
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.
2
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
3
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
4
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.
5
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 que de no ser realizadas
mediante un sistema automático, tendría 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.
6
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.
Conocer los principales procesos involucrados en una huerta
Hidropónica.
*- Buscar información en libros sobre cultivos hidropónicos. *- Buscar información en sitios web que ofrecen información y cursos gratuitos de hidroponía.
Identificar los procesos que con la automatización nos proporcionaran un
mejor desempeño de sistema.
*- Investigar sobre técnicas y recomendaciones generales que mejoran el rendimiento del tipo de huerta hidropónica seleccionada. *- Seleccionar las tareas de mantenimiento de la huerta que son repetitivas y que son las que 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.
Diseñar un sistema de automatización para los procesos de un cultivo
hidropónico casero, utilizando un microcontrolador.
*- seleccionar el tipo de cultivo hidropónico ya sea flotante o o por conducción NFT. *- 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
7
serán accionas en su caso serán bombas de suministro.
Implementar en un cultivo hidropónico casero la automatización de procesos,
para observar su desempeño y obtener información para una aplicación
comercial.
*- 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. *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.
8
2 DESARROLLO TEÓRICO
2.1 Hidroponía
Desde sus inicios las grandes
civilizaciones tuvieron como
base de su 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
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.
1 fig.: agricultores construyendo chinampas sobre el lago de Xochimilco, los inicios de la hidroponía en México.
9
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
todo el año.
2 fig.: plantación de tomate hidropónico en sustrato de coco en etapa de cosecha.
10
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
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
estas condiciones, pero sin los inconvenientes que la tierra representa (residualidad
de sustancias nocivas, altas concentraciones de microorganismos).
3 fig. : Cultivo hidropónico vertical de lechuga usando tubos de pbc como medio de conducción de agua para alimentar alas plantas.
4 fig: Primer experimento
hidropónico en el cual se
colocaba una planta en un
vaso con un corcho y
solución nutritiva.
11
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.
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.
5 fig.: ejemplo de cultivo en suelo y cultivo hidropónico se observa la gran diferencia en la capacidad de producción de esta técnica.
12
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.
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
Contenedor o conductor del agua a las raíces de la planta Agua con
nutrintes
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
13
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
Solución nutritiva.
Medios de anclaje y
sostén.
Técnicas de cultivo
hidropónico Hidroponía
14
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 su variabilidad por el medio ambiente
Se tiene estabilidad permitiendo monitorear y corregir
Espaciamiento
Se limita su fertilidad y la densidad de plantación es menor
Altas densidades y mayor aprovechamiento de espacio y luz.
Control de maleza
Se tiene mayor presencia de malezas
Disminuye la población y resultan casi inexistentes
Enfermedades y
patógenos en el suelo
Son propensas a enfermedades producidas por el suelo
No existen patógenos debido a que se sustituyó 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.
16
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
terrenos para cultivos tradicionales opte por
no hacer el cambio a la hidroponía. No
existe una difusión amplia de lo que es la hidroponía.
7 figura. Inspección de fresas hidropónicas.
17
2.5 Sustratos para la hidroponía y sus características.
¿Qué es un 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.
-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
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.
8 figura: ejemplos de sustratos más usado en hidroponía.
9 figura: piedra porosa con buena aireación.
18
-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
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.
10 figura: un buen sustrato permite la oxigenación de las raíces
19
-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.
20
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
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 origen 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.
11 figura: ejemplos de sustratos usados en hidroponía.
21
-Roca volcánica o tezontle.
Es un material rojizo, de origen 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
origen volcánico, de color blanco a grisáceo, tiene una
baja densidad con buenas propiedades; en cuanto a
retención de humedad tiene un 63%. Algunas de las
grandes ventajas como sustrato es la capacidad que
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%.
22
-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.
23
-Fibra de coco.
La Fibra de coco se encuentra dentro de los residuos
agroindustriales de origen 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%).
24
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.
25
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.
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
12 figura: técnicas que utiliza la hidroponía, cada una es escogida según, tipo de planta y de su conveniencia..
26
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.
27
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.
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
15 figura. Raíz flotantes, las plantas están sobre una plancha de duroport (esterofon) insertadas en
agujeros y flotan sobre la solución con nutrientes.
28
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].
.
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.
16 figura. Ejemplo de sistema NFT, usando tuberías para transportar el agua hacia las raíces de las plantas.
29
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
30
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.
31
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.
32
(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 suelo-
planta. 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.
33
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.
34
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
35
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
36
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.
37
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.
38
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.
39
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.
40
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.
41
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)
42
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 su riego ya que solo se agrega agua a la 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.
44
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.
45
3.4 Materiales para cultivo hidropónico NFT.
TOTAL= $ 1186
3. 5 Selección de las semillas a emplear 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.
MATERIAL CANTIDAD PRECIO APROXIMADO.
TUBOS DE PVC
4 TUBOS 6 METROS CADA UNO.
$640
SEMILLAS DE LECHUGA. WATA
2 BOLSAS 1 BOLSA
$30 29
BROCAS DE CORONA
1 JUEGO $10
SOLUCION NUTRITIVA
500 GRAMOS, PARA 750L. mas envió
$90 $100
BOMBAS DE AGUA
2 BOMBAS. $200
MANGUERAS 2 ME DIDAS 5/8 Y ½
10 METRO DE ½ 8 METROS DE 5/8
$87
25 figura. Lechugas orejonas es un ejemplo de las lechugas que elegimos para el cultivo.
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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
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
26 figura. Siembra de lechuga orejona, también de tomate y cilantro.
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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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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.
30 figura. En la parte inferior se observa los tubos completamente terminado de perforar.
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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 hidroponía, 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.
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.
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.
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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 PARA QUE SIRVAN DE DRENAJE, UN HORIFICIO EN LA PARTE MEDIA Y DOS A LOS LADOS
3. CON ESTO NUESTRO CONTENEDOR ESTÁ LISTO.
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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.
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.
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.
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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 DÍAS DESPUÉS DE SU PLANTACIÓN 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.
60
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.
61
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.
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.
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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.
64
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.
65
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..
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
Fig. 33 configuraciones de las entradas de un pic16f877a.
66
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: 368 bytes
Comparadores analógicos: 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
67
• 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.
68
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.
69
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 auto-
calentamiento, 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
70
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 roto-
dinámicas. 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.
71
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.
72
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.
73
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.
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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)
PIC
16
F8
77
A
PIC
16F6
28
S1
S2
S3
S4
SELECTOR
LCD
S1:ON S2:OFF S3:ON
S1: SENSOR DE TEMPERATURA
S2: SENSOR DE NIVEL TANQUE B
S3: SENSOR DE NIVEL OK TANQUE A
S4: SENSOR DE NIVEL BAJO TANQUE A
SELECTOR: AUTOMATICO O MANUAL.
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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.
76
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.
77
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
78
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.
79
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.
80
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.
81
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
#include "lcd.c"
float temp,medicion,medicion2,mes,dia;
void main (void)
{
setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);//Bits de
config...
setup_adc_ports(AN0_AN1_AN3);
lcd_init(); //Inicia LCD
lcd_putc(" Automatizacion\n"); //Saca texto
lcd_putc(" y monitoreo"); //Saca texto
delay_ms(1500);
lcd_putc("\f"); //Limpia pantalla
lcd_putc(" de un sistema\n"); //Saca texto
lcd_putc(" hidroponico"); //Saca texto
delay_ms(1500);
while (true)
{
set_adc_channel (0); // inicia
lectura del canal NA0 MIDE PRESION
delay_us (20);
medicion=read_adc ();
temp=medicion*(0.48875); //Pasa
binario a °C
set_adc_channel(1); // inicia
la lectura del canal NA1 MIDE
TEMPERATURA
delay_us(20); //tiempo
necesario para la conversion
medicion2=read_adc (); //Hace
conversión AD
dia=((medicion2*31)/1023);
while(dia<1 && dia>=0)
{
dia=dia+1;
break;
}
82
set_adc_channel(3); // inicia
la lectura del canal NA1 MIDE
TEMPERATURA
delay_us(20); //tiempo
necesario para la conversion
mes=read_adc (); //Hace conversión
AD
if(input(PIN_C3))
{
lcd_putc("\f");
lcd_putc("Fecha de"); //Saca texto
while(mes>937 && mes<=1024)
{
printf(lcd_putc," DIC"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>852 && mes<937)
{
printf(lcd_putc," NOV"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>767 && mes<852)
{
printf(lcd_putc," OCT"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>682 && mes<767)
{
printf(lcd_putc," SEP"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>596 && mes<682)
{
printf(lcd_putc," AGO"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>511 && mes<596)
{
printf(lcd_putc," JUL"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>426 && mes<511)
{
printf(lcd_putc," JUN"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>341 && mes<426)
{
printf(lcd_putc," MAY"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>255 && mes<341)
83
{
printf(lcd_putc," ABR"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>170 && mes<255)
{
printf(lcd_putc," MAR"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>85 && mes<170)
{
printf(lcd_putc," FEB"); //xxx.x °C
break;
}
while(mes>=0 && mes<85)
{
printf(lcd_putc," ENE"); //xxx.x °C
break;
}
delay_us (500);
lcd_putc("\nTransplante"); //Saca texto
printf(lcd_putc," %02.0f",dia);
delay_us (2500);
}
else
{
if(input(PIN_C2))
{
output_high(PIN_B1);
output_high(PIN_B0);
lcd_putc("\f");
lcd_putc(" Sistema en\n"); //Saca texto
lcd_putc("Estado Automatic"); //Saca
texto
delay_ms(1000);
lcd_putc("\f");
if(input(PIN_C4))
{
lcd_putc(" S1=on"); //Saca texto
}
else
{
lcd_putc(" S1=off"); //Saca texto
}
if(input(PIN_C5))
{
lcd_putc(" S2=on\n"); //Saca texto
}
else
{
lcd_putc(" S2=off\n"); //Saca texto
84
}
if(input(PIN_C6))
{
lcd_putc(" S3=on"); //Saca texto
}
else
{
lcd_putc(" S3=off"); //Saca texto
}
printf(lcd_putc," %02.0f%cC",temp,223);
//xxx.x °C
delay_ms (2500);
}
else
{
output_low(PIN_B1);
output_low(PIN_B0);
lcd_putc("\f");
lcd_putc(" sistema en\n"); //Saca texto
lcd_putc(" estado manual"); //Saca texto
delay_ms(1000);
lcd_putc("\f");
if(input(PIN_C4))
{
lcd_putc(" S1=on"); //Saca texto
}
else
{
lcd_putc(" S1=off"); //Saca texto
}
if(input(PIN_C5))
{
lcd_putc(" S2=on\n"); //Saca texto
}
else
{
lcd_putc(" S2=off\n"); //Saca texto
}
if(input(PIN_C6))
{
lcd_putc(" S3=on"); //Saca texto}
else
{
lcd_putc(" S3=off"); //Saca texto
}
printf(lcd_putc," %02.0f%cC",temp,223);
//xxx.x °C
delay_ms (2500);
}
}
}
85
}
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.
86
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.
87
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.
88
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.
89
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/ingenieria-
electronica/respuestas/10203/40106-trigger-schmitt
5. http://www.grupo-
maser.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/