Desarrollo de un Prototipo de Sistema de Control de ...miunespace.une.edu.ve/jspui/bitstream/123456789/627/1/TG4617.pdf · Cultivo por Medio de un PIC, para Cultivos Hidropónicos

República Bolivariana de Venezuela

Universidad Nueva Esparta

Facultad de Ingeniería

Escuela de electrónica

Desarrollo de un Prototipo de Sistema de Control de Aireado, Nivel de Agua, Movimiento de Nutrientes y Luz Artificial por Medio de un PLC y

Control y Visualización del Tiempo Estimado para la Cosecha del Cultivo por Medio de un PIC, para Cultivos Hidropónicos de Raíz

Flotante en Aplicaciones de Agricultura Familiar Urbana

Trabajo de Grado presentado para optar al Título de Ingeniero Electrónico

Tutor: Ing. Marín Washington M.

C.I 18.602.258

Autores:

Br. Alvarado Iliana

C.I 18.809.474

Br. Solano Pablo

C.I 17.144.002

Noviembre - 2011

Caracas – Venezuel

Desarrollo de un Prototipo de Sistema de Control de Aireado, Nivel de Agua, Movimiento de

Nutrientes y Luz Artificial por Medio de un PLC y Control y Visualización del Tiempo Estimado para la Cosecha del Cultivo por Medio de un PIC, para Cultivos Hidropónicos de Raíz Flotante en Aplicaciones de Agricultura Familiar Urbana is licensed under aCreative

Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 3.0 Unported License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/



ii








Jurado: ____________________

Nombre y Apellido

____________________

Cédula de Identidad

____________________

Firma

Jurado: ____________________

Nombre y Apellido

____________________

Cédula de Identidad

____________________

Firma

CALIFICACIÓN OBTENIDA, (en letra) _________ (en número) _________

Caracas, _____ de __________ del año _____.

iii

DEDICATORIAS

Quiero dedicarle este trabajo de grado, a mi madre, María Karelys

Hernández Moreno, por todo el esfuerzo y sacrificios que hizo, para criarme,

para hacer que yo me convirtiera en la mujer que soy. A mis abuelas

Vladimira Moreno y Agustina Mesia, por el apoyo incondicional, por ser mis

madres y padres, por los consejos de valor y lucha, para que nunca me

rindiera y alcanzar así mis metas, por enseñarme los principios de humildad,

solidaridad y honestidad. A mi Yeya amada, que aunque no está presente

físicamente se mantiene viva en mis recuerdos, vieja te dedico esta tesis

donde quiera que te encuentres, porque sé que de una manera u otra me

proteges y bendices, y siempre me has guiado por el camino correcto, te

amo. A mis hermanos que aún les queda un largo camino por recorrer.

Iliana Alvarado

En primer lugar quiero dedicar esta tesis de grado a mi mamá que ha

estado siempre presente en cada una de las etapas de mi formación, por ser

un ejemplo a seguir y por luchar junto a mí y mis hermanos en los momentos

difíciles que pasamos durante la realización de mi carrera, a mi abuela que

aunque en estos momentos no se encuentra entre nosotros aún sigue

presente en todo momento, en nuestro recuerdo y corazón. También al resto

de mi familia y amigos los cuales se hicieron presentes para aportar una

idea, comentario, ayuda o simplemente hacer compañía durante el desarrollo

de esta carrera universitaria.

Pablo Solano

iv

AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer a Jair Orea por el apoyo incondicional en esta etapa

de mi vida. A mi compañero de Tesis Pablo Solano, porque juntos, con

mucho sudor y esfuerzo logramos, no solo culminar esta tesis, sino también

una meta. A nuestro tutor Mauricio Marín por los aportes y consejos

brindados durante el desarrollo de este proyecto. A mi familia por estar

unidos en todo momento. Y a todas aquellas personas que aportaron un

grano de arena a lo largo de mi vida, que creyeron en mí, y que me ayudaron

a quitar las piedras del camino. Nuevamente a mi madre, porque todo lo que

soy y todo lo que he logrado se lo debo a ella, te amo mamá. Gracias a

Todos.

Iliana Alvarado

Agradezco a Dios, a mi familia por estar presentes en todo momento y

más aún en esta etapa importante de mi vida, por su apoyo, por los consejos

dados en momentos oportunos, permitiéndome así continuar con mi

desarrollo académico. En especial agradezco a mi mama y mis hermanos por

darme las fuerzas para seguir adelante con mis estudios y poder culminar mi

carrera. A los profesores por las enseñanzas que me han brindado y por

haberme dado la oportunidad de pertenecer a esta casa de estudios. A Iliana

Alvarado por ser una excelente compañera de clases, de tesis y amiga con la

cual he contado y que me apoyó y ayudó desde el comienzo de nuestra

carrera universitaria.

Pablo Solano

v








Trabajo de Grado presentado para optar al Título de Ingeniero Electrónico

Autores: Br. Iliana Alvarado

Br. Pablo Solano

Palabras Clave: Hidroponia, Raíz Flotante, Sistema de Control, Controladores, Sensores, Actuadores.

RESUMEN

El presente proyecto de grado se basa en el proceso de control de aireado, nivel de agua, movimiento de nutrientes y luz artificial, mediante un autómata programable, específicamente PLC, y el control y visualización del tiempo estimado para la cosecha del cultivo mediante un micro-controlador, específicamente un PIC, que manipularán ciertas variables que luego serán procesadas, analizadas y controladas. La necesidad del desarrollo de este prototipo de sistema de control, se constituye: en la automatización de cultivos hidropónicos, controlando el aireado del cultivo, el nivel de agua dentro del tubo PVC, el movimiento de los nutrientes y la incidencia de luz artificial; y a su vez controlando y visualizando el tiempo que requiere el cultivo para ser cosechado, y así lograr un avance en la agricultura familiar urbana, facilitando el proceso del cultivo de raíz flotante, y disminuyendo los costos requeridos para la adquisición de productos, así como también el tiempo de atención por parte del responsable del cultivo. Al implementar este prototipo se solventa en gran medida las dificultades técnicas en el progreso de cultivos de raíz flotante, por medio de la integración: de sensores y actuadores para cubrir las necesidades del cultivo, interconectados a una unidad de procesos PLC, que previa programación, controlará

vi

las variables necesarias, como el aireado, el nivel de agua, el movimiento de nutrientes y la incidencia de luz artificial, así como también se empleará un micro-controlador PIC para visualizar el tiempo requerido para cada fase del cultivo; y así obtener un control del proceso con una mayor precisión. Lográndose, en última instancia, identificar el funcionamiento y los distintos procesos que integran el sistema, mediante el estudio y la observación de los diferentes métodos existentes en cultivos hidropónicos de raíz flotante, lo cual facilitó la selección de las variables a controlar y la ubicación de los sensores y actuadores que se necesitan aplicar alrededor de los tubos PVC, a consecuencia del conocimiento de las partes involucradas tanto en el cultivo como fuera de él.

vii





Development of an Airing Control System Prototype, Water Level, Movement of Nutrients and Artificial Light through a PLC and a

Visualization Control of Estimated Time for the Harvest of Crops through a PIC, for hydroponics Crops of Floating Root in Applications

of Urban Familiar Agriculture.

Grade Work presented to obtain the Title of Electronic Engineering

Authors: Br. Iliana Alvarado

Br. Pablo Solano

Keywords: Hydroponics, Root Floating, Control System, Controllers, Sensors, Actuators.

SUMMARY OF WORK

The present project of degree is in the process of control of airing, water level, movement of nutrients and artificial light through a programmable robot, specifically PLC, and the control and visualization of the estimated time for the harvest of the crops through a micro-controller, specifically a PIC, that will manipulate certain variables that will be processed, analyzed controlled later on. The necessity of the development of this prototype of control system, constitutes in the automation of hydroponic crops, controlling the airing of the crops, the water level within PVC tube, the movement of the nutrients and the incidence of artificial light; and as well controlling and visualizing the time that required the crops to be harvested, and like this achieve an advance in the urban familiar agriculture facilitating the process of crops of floating root, and reducing the required costs for the acquisition of products, as well as the time of attention by the crops owner part. When implementing this prototype we resolve the technical difficulties to a great level in the progress of crops by floating root, through the integration: Of sensors and actuators to cover the needs with the crop, interconnected in a process unit PLC, that previous programming, will control the necessary variables, like control of the process the airing at the water level, the movement of nutrients and incidence of artificial light, as well as a micro-controller PIC will be implement in order to visualize the time required for each phase of the crop; and thus to obtain a process

viii

control with a greater precision. Achieving, in last instance, to identify the operation and the different processes that integrate the system, through of the study and the observation of different existing methods in hydroponic crops of floating root, which facilitated the selection of the variables to control and the location of the sensors and actuators that are needed to apply around PVC tubes, consequence of the knowledge of the involved parts as much in the crop as outside it.

ix

ÍNDICE PRINCIPAL

DEDICATORIAS ............................................................................................. iii

AGRADECIMIENTOS ..................................................................................... iv

RESUMEN ...................................................................................................... v

SUMMARY OF WORK .................................................................................. vii

INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 1

CAPÍTULO I .................................................................................................... 4

EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ............................................................ 4

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................... 4

1.2 INTERROGANTES DE LA INVESTIGACIÓN ....................................... 5

1.2.1 Interrogante Principal ...................................................................... 5

1.2.2 Interrogantes Secundarias .............................................................. 6

1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN .................................................. 7

1.3.1 Objetivo General ............................................................................. 7

1.3.2 Objetivos Específicos ...................................................................... 7

1.4 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ........................................... 8

1.5 DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN ...................................... 10

1.5.1 Delimitación Temática ................................................................... 10

1.5.2 Delimitación Geográfica ................................................................ 11

1.5.3 Delimitación Temporal ................................................................... 11

1.5.4 Delimitación Técnica ..................................................................... 11

1.6 LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN ........................................... 12

CAPÍTULO II ................................................................................................. 14

MARCO TEÓRICO ....................................................................................... 14

2.1 ANTECEDENTES ................................................................................ 14

2.2 BASES TEÓRICAS ............................................................................. 19

2.2.1 Hidroponia ..................................................................................... 19

x

2.2.1.1 El Pasado de la Hidroponia ................................................... 21

2.2.1.2 La Hidroponía en la Actualidad.............................................. 26

2.2.1.3 Sistemas de Cultivo Hidropónico ........................................... 27

2.2.1.4 Localización e Instalación de una Huerta Hidropónica .......... 39

2.2.1.5 Sustratos Sólidos ................................................................... 39

2.2.1.6 Solución Nutritiva ................................................................... 53

2.2.2 Sistemas de Control ................................................................. 56

2.2.2.1 Estrategias de Control ........................................................... 57

2.2.2.2 Sensores ............................................................................... 58

2.2.2.3 Controladores ........................................................................ 65

2.2.2.4 Actuadores ............................................................................ 81

2.3 CUADRO DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ................... 87

2.4 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS ............................................. 92

CAPÍTULO III ................................................................................................ 96

MARCO METODOLÓGICO .......................................................................... 96

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ................................................................. 96

3.2 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN ............................................................ 98

3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA .................................................................. 99

3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS .. 100

3.5 PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE INFORMACIÓN ...................... 101

CAPÍTULO IV .............................................................................................. 114

SISTEMA PROPUESTO ............................................................................. 114

4.1 DEFINIR EL MÉTODO DE CULTIVO DE RAÍZ FLOTANTE QUE SERÁ

UTILIZADO PARA LA APLICACIÓN DEL PROTOTIPO A DESARROLLAR.

................................................................................................................ 114

4.2 IDENTIFICAR EN FUNCIÓN DEL MÉTODO SELECCIONADO, LAS

PLANTAS QUE SERÁN CULTIVADAS ................................................... 118

4.2.1 Lechuga Romana ........................................................................ 119

4.2.2 Acelga ......................................................................................... 120

4.2.3 Cilantro ........................................................................................ 120

xi

4.3 DETERMINAR EL TIEMPO DE EJECUCIÓN DE LOS PROCESOS

QUE SE DESEAN CONTROLAR ............................................................ 121

4.3.1 Aireación de la Solución Nutritiva ................................................ 121

4.3.2 Movimiento de Nutrientes ............................................................ 122

4.3.3 Incidencia de la Luz Artificial ....................................................... 122

4.3.4 Control de Tiempo de Cosecha ................................................... 123

4.4 ESTABLECER LOS SENSORES Y ACTUADORES ADECUADOS

PARA CUBRIR LAS VARIABLES DEL MÉTODO DE RAÍZ FLOTANTE

QUE SE DESEAN CONTROLAR EN EL DESARROLLO DE ESTE

PROTOTIPO ........................................................................................... 123

4.4.1 Switch de Seguridad.................................................................... 123

4.4.2 Pulsadores .................................................................................. 124

4.4.3 Teclado Numérico ....................................................................... 125

4.4.4 Sensores de Nivel ....................................................................... 125

4.4.5 Indicadores .................................................................................. 127

4.5 SELECCIONAR EL MODELO DE PLC ADECUADO, PARA

CONTROLAR LAS VARIABLES DEL SISTEMA DE CONTROL

PROPUESTO .......................................................................................... 133

4.5.1 Software de Programación .......................................................... 137

4.6 ELEGIR EL MODELO DE MICROCONTROLADOR PIC ADECUADO,

PARA CONTROLAR Y VISUALIZAR EL TIEMPO QUE REQUIERE EL

CULTIVO PARA SER COSECHADO ...................................................... 141

4.7 DISEÑAR Y DESARROLLAR EL PROGRAMA DE CONTROL DE

AIREADO, NIVEL DE AGUA, MOVIMIENTO DE NUTRIENTES Y LUZ

ARTIFICIAL, BASADO EN LENGUAJE ESCALERA PARA EL PLC

ELEGIDO ................................................................................................. 142

4.8 DISEÑAR Y DESARROLLAR EL PROGRAMA DE CONTROL Y

VISUALIZACIÓN DEL TIEMPO ESTIMADO PARA LA COSECHA DEL

CULTIVO, PARA EL MICROCONTROLADOR PIC ELEGIDO ............... 147

4.8.1 Programa en Assembler .............................................................. 147

4.8.1 Ejecución del Proceso con PLC .................................................. 151

4.9 EVALUAR LA FUNCIONALIDAD DEL SISTEMA EJECUTADO ....... 155

CONCLUSIONES ....................................................................................... 156

xii

RECOMENDACIONES ............................................................................... 158

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 159

REFERENCIAS ELECTRÓNICAS .............................................................. 160

Anexos ........................................................................................................ 167

ANEXOS A. CARTAS Y CONSTANCIAS ..... ¡Error! Marcador no definido.

ANEXOS B. INSTRUMENTOS DE RECOLECIÓN DE DATOS ......... ¡Error!

Marcador no definido.

ANEXOS C. COTIZACIONES ...................... ¡Error! Marcador no definido.

ANEXOS D. FACTURAS .............................. ¡Error! Marcador no definido.

xiii

ÍNDICE SECUNDARIO

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura n° 1 Cultivo de Berros y Lechugas Inocuas, en Cajas Plásticas

Elevadas del Suelo. ...................................................................................... 15

Figura n° 2 Tomates Hidropónicos ................................................................ 16

Figura n° 3 Modelo de Recepción y Envío de Mensajes SMS ...................... 18

Figura n° 4 Logo de la FAO .......................................................................... 19

Figura n° 5 Ubicación de Cachemira ............................................................ 21

Figura n° 6 Isla La Ascensión ....................................................................... 25

Figura n° 7 Base Aérea de la Isla La Ascensión ........................................... 25

Figura n° 8 Bandejas de Sustrato ................................................................. 29

Figura n° 9 Germinación de la Lechuga Simpson a 10 Días de la Siembra . 30

Figura n° 10 Trasplante para la Siembra de Raíz Flotante de la Lechuga

Simpson ........................................................................................................ 30

Figura n° 11 Lechugas a 14 Días Después del Trasplante ........................... 30

Figura n° 12 Cosecha de Lechuga Simpson en Sistema de Raíz Flotante ... 31

Figura n° 13 Bancales para Sistema de Raíz Flotante ................................. 31

Figura n° 14 Sistema NFT ............................................................................ 32

Figura n° 15 Cultivo Hidropónico con Sistema NFT ...................................... 33

Figura n° 16 Banca de Floración Escalonada ............................................... 33

Figura n° 17 Siembra en Sustrato Sólido ...................................................... 34

Figura n° 18 Siembra en Almacigos .............................................................. 35

Figura n° 19 Cultivo en Sustrato con Bombeo Continuo de Nutrientes ......... 36

Figura n° 20 Sistema de Riego por Goteo .................................................... 36

Figura n° 21 Mangas Antes de la Producción Hidropónica ........................... 37

Figura n° 22 Esquema de Preparación de una Manga Vertical para

Hidroponia .................................................................................................... 38

Figura n° 23 Mangas Verticales Regadas por Bombeo ................................ 38

Figura n° 24 Volúmenes Relativos de Material Sólido, Líquido y Gaseoso en

un Buen Sustrato .......................................................................................... 41

Figura n° 25 Estructura Granular .................................................................. 43

Figura n° 26 Estructura Fibrilar ..................................................................... 44

Figura n° 27 Algunos Tipos de Gravas ......................................................... 50

xiv

Figura n° 28 Tipos de Turbas ....................................................................... 51

Figura n° 29 Esquema General de un Sistema de Control ........................... 56

Figura n° 30 Control Lazo Cerrado vs Control Lazo Abierto ......................... 58

Figura n° 31 Sensor Analógico ..................................................................... 60

Figura n° 32 Fotorresistencia o LDR ............................................................. 60

Figura n° 33 Potenciómetro .......................................................................... 61

Figura n° 34 Sensor Digital ........................................................................... 62

Figura n° 35 Contacto Normalmente Abierto y Contacto Normalmente

Cerrado ......................................................................................................... 63

Figura n° 36 Pulsadores ............................................................................... 63

Figura n° 37 Interruptores ............................................................................. 63

Figura n° 38 Microswitch ............................................................................... 64

Figura n° 39 PLC de Estructura Compacta ................................................... 68

Figura n° 40 Áreas de la Memoria Interna .................................................... 70

Figura n° 41 Estructura y Memorias del PLC ................................................ 70

Figura n° 42 Contactos en Lenguaje Escalera .............................................. 71

Figura n° 43 Bobinas en Lenguaje Escalera ................................................. 72

Figura n° 44 Logo Siemens .......................................................................... 73

Figura n° 45 Logo Allen Bradley ................................................................... 74

Figura n° 46 Arquitectura Harvard ................................................................ 76

Figura n° 47 Organización de la Memoria de Datos ..................................... 77

Figura n° 48 Organización de Memoria de Programa ................................... 77

Figura n° 49 Resumen del Conjunto de Instrucciones .................................. 79

Figura n° 50 Interior de un Cilindro Hidráulico .............................................. 81

Figura n° 51 Interior de un Motor Oscilante .................................................. 82

Figura n° 52 Cremallera ................................................................................ 82

Figura n° 53 Rotativo de Paletas .................................................................. 82

Figura n° 54 Motor Eléctrico ......................................................................... 84

Figura n° 55 Partes Internas de un Motor Eléctrico ...................................... 84

Figura n° 56 Bombillas Fluorescentes .......................................................... 87

Figura n° 57 Bombillas Incandescentes ........................................................ 87

Figura n° 58 Tubos PVC Perforados ........................................................... 115

Figura n° 59 Vaso Perforado ...................................................................... 116

Figura n° 60 3/4 de Arcilla Expandida ......................................................... 116

Figura n° 61 1/4 de Sustrato Combinado .................................................... 116

Figura n° 62 Contenedor de Madera HDF .................................................. 117

Figura n° 63 Cultivo Hidropónico de Berro .................................................. 119

Figura n° 64 Contenedores de Berros Hidropónicos ................................... 119

Figura n° 65 Interruptor Magnetotérmico .................................................... 124

xv

Figura n° 66 Pulsador Verde de Encendido ................................................ 125

Figura n° 67 Pulsador de Parada de Emergencia ....................................... 125

Figura n° 68 Sensor de Nivel Alto ............................................................... 126

Figura n° 69 Sensor de Nivel Bajo .............................................................. 127

Figura n° 70 Tablero de Indicadores ........................................................... 127

Figura n° 71 Indicador de Encendido NHS 001 .......................................... 128

Figura n° 72 Indicador de Parada de Emergencia NHS 002 ....................... 129

Figura n° 73 Indicador de Nivel Bajo del Tanque NLSL 001 ....................... 129

Figura n° 74 Indicadores de Accionamiento de las Bombas de Agua......... 130

Figura n° 75 Bomba de Aire ........................................................................ 131

Figura n° 76 Bombas de Agua .................................................................... 131

Figura n° 77 Lámparas ............................................................................... 132

Figura n° 78 Banco de PLC ........................................................................ 134

Figura n° 79 Especificaciones Técnicas del LOGO! 12/24RC y los Módulos

de Expansión DM8 12/24R ......................................................................... 135

Figura n° 80 Especificaciones Técnicas del LOGO! 12/24RC y los Módulos

de Expansión DM8 12/24R...Continuación ................................................. 136

Figura n° 81 LOGO!Soft Comfort V6.1 ........................................................ 138

Figura n° 82 Entorno Gráfico ...................................................................... 138

Figura n° 83 Constantes en Esquema de Contactos .................................. 139

Figura n° 84 Funciones Especiales en Esquema de Contactos ................. 139

Figura n° 85 Constantes en Diagrama de Funciones ................................. 140

Figura n° 86 Funciones Básicas en Diagrama de Funciones ..................... 140

Figura n° 87 Funciones Especiales en Diagrama de Funciones ................. 140

Figura n° 88 Especificaciones Técnicas del Microcontrolador PIC ............. 142

Figura n° 89 Puesta en Marcha... Programa ............................................... 143

Figura n° 90 Parada de Emergencia por Nivel Bajo... Programa ................ 144

Figura n° 91 Accionamiento de las Bombas... Programa ............................ 145

Figura n° 92 Activación de la Bomba de aire... Programa .......................... 145

Figura n° 93 Activación de Lámparas... Programa ..................................... 146

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla n° 1 Capacidad de Retención de Agua .............................................. 42

Tabla n° 2 Densidad de Algunos Sustratos ................................................. 43

Tabla n° 3 Granulometría ............................................................................. 44

xvi

Tabla n° 4 Resumen sobre las Principales Propiedades Físicas de los

Sustratos ....................................................................................................... 45

Tabla n° 5 Propiedades Físico-Químicas de las Turbas .............................. 51

Tabla n° 6 Mezclas más Usadas .................................................................. 52

Tabla n° 7 Soluciones Modificadas de Hoagland ......................................... 55

Tabla n° 8 Operacionalización de Variables ................................................ 88

Tabla n° 9 Métodos de Cultivo Hidropónico ............................................... 103

Tabla n° 10 Método Practicado .................................................................. 104

Tabla n° 11 Tipos de Contenedores .......................................................... 105

Tabla n° 12 Ubicación de los Contenedores .............................................. 106

Tabla n° 13 Tipos de Plantas Cultivadas ................................................... 107

Tabla n° 14 Procesos a Controlar .............................................................. 109

Tabla n° 15 Tiempo de Gestación.............................................................. 110

Tabla n° 16 Tamaño de las Plantas ........................................................... 111

Tabla n° 17 Luz para las Plantas ............................................................... 112

Tabla n° 18 Composición del Sustrato Combinado.................................... 117

Tabla n° 19 Tabla de Consumo ................................................................. 136

Tabla n° 20 Entradas y Salidas .................................................................. 151

ÍNDICE DE DIAGRAMAS

Diagrama n° 1 Clasificación de los Controladores Lógicos .......................... 65

Diagrama n° 2 Funcionamiento de un PLC .................................................. 67

Diagrama n° 3 Clasificación de los Indicadores ............................................ 86

Diagrama n° 4 Diagrama en Bloques del Sistema Propuesto para PLC.... 150

Diagrama n° 5 Diagrama en Bloques para Sistema Propuesto para PIC .. 151

Diagrama n° 6 Diagrama Eléctrico de PLC ................................................ 152

Diagrama n° 7 Diagrama Esquemático de la Conexión en PLC ................ 153

Diagrama n° 8 Diagrama Eléctrico del PIC ................................................ 154

Diagrama n° 9 Diagrama Esquemático de PIC .......................................... 155

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico nº 1 Métodos de Cultivo Hidropónico ............................................ 103

xvii

Gráfico nº 2 Método Practicado ................................................................. 104

Gráfico nº 3 Tipos de Contenedores .......................................................... 105

Gráfico nº 4 Ubicación de los Contenedores ............................................. 106

Gráfico nº 5 Tipos de Plantas Cultivadas ................................................... 108

Gráfico nº 6 Procesos a Controlar ............................................................. 109

Gráfico nº 7 Tiempo de Gestación ............................................................. 110

Gráfico nº 8 Tamaño de las Plantas .......................................................... 111

Gráfico nº 9 Luz para las Plantas ............................................................... 113

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexos D. 1 Factura n° 101308 Servieleca ............................................... 178




Anexos D. 5 Factura n° 2131 ..................................................................... 182

1

INTRODUCCIÓN

La hidroponia es un método empleado en la agricultura, para cultivar

plantas sin la utilización de suelo agrícola, sino más bien con una solución de

minerales compuesta por los elementos químicos necesarios para el

desarrollo de la planta.

En 1928, el profesor William Frederick Gericke de la Universidad de Berkeley, en California fue el primero en sugerir que los cultivos en solución se utilizasen para la producción vegetal agrícola. Gericke causó sensación al hacer crecer tomates y otras plantas que alcanzaron tamaños notables (mayores que las cultivadas en tierra) en soluciones minerales. Por analogía con el término geopónica (que significa agricultura en griego antiguo) llamó a esta nueva ciencia hidroponia en 1937, aunque él afirma que el término fue sugerido por el Dr. W.A Setchell, de la Universidad de California, de las palabras hydros (regar) y ponos (trabajo). (Creative Commons, 2011, p.1)

El cultivo sin tierra es un gran avance agrícola, ya permite producir

hortalizas frescas y sanas en pequeños espacios, aprovechando elementos

que son desechados. La urbanización de diferentes zonas asociada a los

problemas de pobreza, está vinculada con las limitantes que afectan el

desarrollo de los países. Según El Manual FAO; “El desarrollo y la

apropiación de tecnologías es parte de uno de los mandatos recibidos por la

ONU para la agricultura y alimentación… En este sentido, la hidroponia está

comenzando a consolidarse como una opción imaginativa en lucha contra la

pobreza.” (2003, p.25).

2

De igual forma la tecnología también se ha desarrollado de manera

muy significativa en todos los ámbitos hasta lograr los avances actuales,

mejorando la existencia humana. Una muestra de ello es la implementación

de los sistemas de control en diferentes lugares, como por ejemplo, en las

grandes industrias, para el control de etiquetado de productos, en los

hogares, oficinas y centros comerciales, para el control de seguridad, de

iluminación y de acceso. A esto no se escapa la agricultura, con el control de

riego.

Los sistemas de control se encargan de manipular ciertas variables de

entrada, con la finalidad de conseguir otras variables de salida para obtener

en respuesta un determinado proceso. En el caso de este proyecto de

investigación, se controlará por medio de sensores y actuadores

interconectados a un autómata programable PLC y a un microcontrolador

PIC, las variables que afectan el proceso de cultivo hidropónico de raíz

flotante, como lo son el aireado, el nivel de agua, el movimiento de

nutrientes, la incidencia de luz artificial y la visualización de tiempo de cada

cultivo.

Se han creado diferentes tecnologías para la mejora de la práctica

agrícola, como por ejemplo el Rocío Inteligente para ajustar la cantidad de

fertilizante o pesticida que se desea rosear, los Monitores de Cosecha para

pronosticar las cosechas por hectárea, los kilogramos totales y la cantidad

de humedad en los granos, entre muchas otras.

Partiendo de este punto, en el siguiente proyecto, se plantea como

problema de estudio: Desarrollar un prototipo de sistema de control de

aireado, nivel de agua, movimiento de nutrientes y luz artificial para cultivos

hidropónicos de raíz flotante por medio de un PLC, y el control y

visualización del tiempo requerido para la cosecha del cultivo por medio de

un microcontrolador PIC, para solucionar la problemática presente en la

3

agricultura familiar urbana, con respecto a los costos en adquisición de

productos y la cantidad de tiempo de atención que requiere el cultivo.

Esta investigación comprende cuatro (4) capítulos, los cuales se

describen a continuación:

Capítulo I: Es donde se describe el problema de estudio, se plantean

las interrogantes en las cuales se basa la investigación, se definen tanto el

objetivo general como los objetivos específicos, se justifica la investigación y

por último se establecen las limitaciones y delimitaciones de la misma.

Capítulo II: En este se expresan los antecedentes de la investigación

y las bases teóricas, que son toda aquella teoría que se recopiló, para

sustentar y abordar la problemática estudiada, también se expone el cuadro

de operacionalización de variables y los términos básicos.

Capítulo III: En este capítulo se describe la metodología empleada

para el desarrollo de este prototipo de sistema de control.

Capítulo IV: Se describe y explica detalladamente, cada una de las

fases en las que consiste la creación del prototipo, más el análisis de

resultados obtenido de la recolección de datos.

Finalmente se expresan las conclusiones, recomendaciones, anexos y

referencias bibliográficas.

4

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La agricultura venezolana se ha visto beneficiada en los últimos

cincuenta (50) años por un grupo de medidas, como la extensión de los

sistemas de riego, la aplicación de la reforma agraria y la consolidación de

nuevas especies vegetales.

En la actualidad una parte importante del país es beneficiada por quinientos mil novecientos setenta y nueve (500.979) propiedades agropecuarias que ocupan una superficie total de treinta millones setenta y un mil ciento noventa y dos (30.071.192) hectáreas. En sus tierras se producen varios productos, destacando la producción cerealera de maíz, arroz, sorgo; la de oleaginosas, granos leguminosos, raíces y tubérculos, frutas, café, caña de azúcar y cacao. (CNTI, 2011, p.1)

Hace treinta (30) años la agricultura venezolana comenzó a

desarrollar y adaptar una nueva técnica a manera de ofrecer productos de

más alta calidad, sin la necesidad del uso de los suelos; esta técnica es la

hidroponia, según Hidroponias Venezolanas; “Los primeros años fueron

difíciles, principalmente por el poco conocimiento del uso de esta

tecnología.”, (2011, p.1). En la actualidad, se está tratando de desarrollar

tecnológicamente esta técnica, no solo para la agricultura a gran escala, sino

5

también para el avance de la agricultura familiar urbana. Con la

implementación de algunos sistemas de control, se puede lograr una mejora

en la eficiencia de la técnica, disminuyendo el gasto en mano de obra y

adquisición de productos.

Se define como sistema de control a un conjunto de componentes con

la capacidad de regular su propia conducta o la de otro sistema, con la

finalidad de lograr un funcionamiento predeterminado; desde el punto de

vista del tema de tesis, el desarrollo de este prototipo de sistema de control

con un autómata programable, que según Creative Commons; “… puede

definirse como un equipo electrónico programable en lenguaje no informático

y diseñado para controlar, en tiempo real y en ambiente industrial, procesos

secuenciales.” (2011, p.1); permitirá un avance en la hidroponia para

aplicaciones de agricultura familiar urbana.

En la hidroponia, debido a su forma de producción, se requiere de la

mano de obra humana. Ya que los cultivos, son sembrados sin tierra,

necesitan de ciertos tratamientos a lo largo del día, como que los nutrientes

asentados sean movidos con cierta frecuencia o que la solución nutritiva sea

aireada por cierto tiempo. Esto genera que el propietario del huerto le

dedique una gran cantidad de tiempo a la manutención del mismo.

1.2 INTERROGANTES DE LA INVESTIGACIÓN

1.2.1 Interrogante Principal

¿Cómo desarrollar el prototipo de sistema de control de aireado, nivel

de agua, movimiento de nutrientes y luz artificial por medio de un PLC

6

y controlar y visualizar el tiempo que requiere el cultivo para ser

cosechado por medio de un PIC, para cultivos hidropónicos de raíz

flotante en aplicaciones de agricultura familiar urbana?

1.2.2 Interrogantes Secundarias

¿Qué método de cultivo de raíz flotante será utilizado, para la

aplicación del prototipo a desarrollar?

¿Qué tipos de plantas serán cultivadas con el método de raíz flotante

seleccionado?

¿Durante cuánto tiempo deben ser ejecutados los procesos que se

controlarán?

¿Qué sensores y actuadores serán utilizados, para controlar las

variables del prototipo que se desea desarrollar?

¿Qué modelo de PLC seleccionar, para controlar las variables del

sistema de control propuesto?

¿Qué modelo de microcontrolador PIC seleccionar, para controlar y

visualizar el tiempo que requiere el cultivo para ser cosechado?

¿Cómo diseñar y desarrollar el programa de control de aireado, nivel

de agua, movimiento de nutrientes y luz artificial, basado en lenguaje

escalera para el PLC elegido?

¿Cómo diseñar y desarrollar el programa de control y visualización del

tiempo estimado para la cosecha del cultivo, para el microcontrolador

PIC elegido?

7

¿Cómo ejecutar el prototipo de sistema de control desarrollado,

basado en sensores, actuadores, PLC y microcontroladores PIC?

¿Es funcional el prototipo de sistema de control ejecutado?

1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.3.1 Objetivo General

Desarrollar el prototipo de sistema de control de aireado, nivel de

agua, movimiento de nutrientes y luz artificial por medio de un PLC y

controlar y visualizar el tiempo que requiere el cultivo para ser

cosechado por medio de un PIC, para cultivos hidropónicos de raíz

flotante en aplicaciones de agricultura familiar urbana.

1.3.2 Objetivos Específicos

-Definir el método de cultivo de raíz flotante que será utilizado para la

aplicación del prototipo a desarrollar.

-Identificar en función del método seleccionado, las plantas que serán

cultivadas.

-Determinar el tiempo de ejecución de los procesos que se desean

controlar.

8

-Establecer los sensores y actuadores adecuados para cubrir las

variables del método de raíz flotante, que se desean controlar en el

desarrollo de este prototipo.

-Seleccionar el modelo de PLC adecuado, para controlar las variables

del sistema de control propuesto.

-Elegir el modelo de microcontrolador PIC adecuado, para controlar y

visualizar el tiempo que requiere el cultivo para ser cosechado.

-Diseñar y desarrollar el programa de control de aireado, nivel de

agua, movimiento de nutrientes y luz artificial, basado en lenguaje

escalera para el PLC elegido.

-Diseñar y desarrollar el programa de control y visualización del tiempo

estimado para la cosecha del cultivo, para el microcontrolador PIC

elegido.

-Ejecutar el prototipo de sistema de control desarrollado, basado en

sensores, actuadores, PLC y microcontroladores PIC.

-Evaluar la funcionalidad del sistema ejecutado.

1.4 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Según Alvarado, D.; Chávez, F.; Wilhelmina, k.; “La producción sin

suelo permite obtener hortalizas de excelente calidad y asegurar un uso más

eficiente del agua y fertilizantes. Los rendimientos por unidad de área

cultivada son altos, con una mayor densidad y elevada producción por

planta, lográndose mayores cosechas por año.”, (2001, p.96).

La hidroponia es un método de cultivo reciente, aplicado exitosamente

en países desarrollados y puede ser muy bien empleado con tecnologías

9

más sencillas en las ciudades dentro del contexto de la llamada agricultura

urbana, esencialmente en zonas de extrema pobreza o con climas muy

variantes, a manera de favorecer el autoconsumo.

Entre los sistemas agro-urbanos, destacan los hidropónicos por ofrecer un mayor potencial para atenuar la inseguridad alimentaria y el empobrecimiento en las ciudades. La hidroponia social o popular ha demostrado ser una opción casi única en los diferentes países latinoamericanos donde se ha realizado la experiencia. El crecimiento futuro de la hidroponia dependerá mucho del desarrollo del sistema de producción para que sean competitivos en costos con aquellos de la agricultura tradicional. (Alvarado, D.; Chávez, F.; Wilhelmina, k. 2001, p.96).

A manera de conseguir un avance en la producción de cultivos

hidropónicos, el desarrollo de un sistema capaz de controlar ciertas variables

del método de raíz flotante, aportaría una solución para lograr esta

evolución. Es por esta razón, que en este trabajo de grado se desarrollará

un prototipo de sistema de control con un PLC y un microcontrolador PIC,

para mejorar tecnológicamente el área agrícola familiar urbana,

específicamente la hidroponia, debido a que es el sistema de cultivo del

futuro.

El PLC y el microcontrolador PIC utilizados, serán capaces de

controlar las variables del método de cultivo de raíz flotante seleccionado,

entre las cuales se encuentran el aireado de las plantas, el nivel de agua, el

movimiento de nutrientes, la incidencia de luz artificial en el cultivo y el

tiempo de cosecha. Utilizando sensores y actuadores que se adecuen a los

requerimientos del sistema.

El prototipo de sistema de control que se desea desarrollar es

innovador, debido a que en la agricultura, específicamente en la técnica de

cultivo hidropónico para aplicaciones de agricultura familiar urbana, no se ha

10

implementado en la actualidad, ya que en la mayoría de los cultivos no

existe la automatización con PLC o microcontroladores PIC.

Las principales virtudes del sistema serán:

-Servirá de ayuda a las familias.

-Disminuirá la cantidad de tiempo invertido en el cultivo.

-Disminuirá los costos en adquisición de productos, como fertilizantes

y controladores de plagas.

-Hará que el desarrollo del cultivo sea mucho más fácil y práctico.

-Mejorará el método de cultivo de raíz flotante seleccionado.

1.5 DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN

1.5.1 Delimitación Temática

Las bases de este proyecto están ubicadas en el área de la ingeniería

electrónica analógica y digital, y en el área de la automatización, ya que el

prototipo a realizar, será un sistema de control, basado en sensores,

actuadores, autómatas programables y microcontroladores PIC. La utilidad

de este proyecto está definida en el área de la agricultura, específicamente

en la hidroponia.

11

1.5.2 Delimitación Geográfica

El desarrollo de este proyecto se realizó en la casa de la Bachiller

Iliana Alvarado, ubicada en Hoyo de la Puerta, Sector La Pared, municipio

Baruta, Edo. Miranda. La presentación del mismo se realizó en el

Laboratorio de Física de la Universidad Nueva Esparta, núcleo Los Naranjos,

ubicada en la Av. Sur 7, los Naranjos, municipio El Hatillo, Edo. Miranda. La

investigación documental se realizó en el hogar de la Bachiller antes

mencionada, y en los Laboratorios de la Universidad Nueva Esparta,

mientras que la investigación de campo se hizo en las compañías

Hidroponias Venezolana, ubicada en San Pedro, Edo. Miranda, y Benatural,

ubicada en La Unión, Municipio El Hatillo, Edo. Miranda.

1.5.3 Delimitación Temporal

Para el diseño, desarrollo y pruebas del prototipo de sistema de

control, se requiere de un tiempo estimado de seis (6) meses, que

comprenden del mes de Abril del 2011 al mes de Septiembre del mismo año,

con la finalidad de poder realizar todos los objetivos propuestos.

1.5.4 Delimitación Técnica

El siguiente trabajo de grado estará delimitado exclusivamente al

desarrollo de un prototipo de sistema de control de aireado, nivel de agua,

movimiento de nutrientes e incidencia de la luz artificial por medio de un

12

PLC, y el control y visualización del tiempo requerido para la cosecha del

cultivo por medio de un microcontrolador PIC, solo para el método de cultivo

hidropónico de raíz flotante elegido, en el área de agricultura familiar urbana,

donde el contenedor será de un tamaño adecuado para espacios reducidos,

típicos del interior o exterior de una residencia promedio. El tamaño de este

contenedor será seleccionado, según la planta que se desee cultivar y el

espacio que necesite entre planta y planta. Para el desarrollo del prototipo se

automatizará el proceso completo de la planta, desde su siembra, hasta su

cosecha, según el método de raíz flotante selecto, y se usarán tres (3)

variedades de plantas, las cuales serán escogidas, según el tiempo que

transcurra entre la siembra de la semilla, su germinación y el momento en el

que pueda ser cosechada. El PLC y el microcontrolador PIC serán escogidos

en función de las necesidades del prototipo de sistema de control, según las

características cualitativas y cuantitativas de los mismos.

1.6 LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN

Este proyecto puede estar limitado por las siguientes condiciones:

-Falta de presupuesto, ya que en la actualidad en Venezuela, la

situación económica es inflacionaria; lo cual se resolvió haciendo un

estudio de mercado, y seleccionando los dispositivos necesarios, pero

de más bajos costos, logrando así una reducción de presupuesto.

-Culminación del tiempo estimado para el desarrollo del prototipo,

debido a que el cultivo hidropónico de raíz flotante, implica un lapso

de tiempo para que las plantas cumplan con su proceso, el cual no

puede ser manipulado.

13

-Dificultades con respecto a la adquisición de los componentes,

instrumentos, hardware, software y manuales de funcionamiento a

consecuencia de la inexistencia de los mismos en el mercado

venezolano y del lento proceso de adjudicación de divisas; Debido a

la búsqueda exhaustiva, se logró solucionar esta problemática, ya que

se encontraron todos los componentes necesarios para el correcto

desarrollo del prototipo.

-Manejo y conocimiento eficiente del autómata programable y

microcontrolador PIC, seleccionados para su aplicación y desarrollo;

mediante un gran estudio de manuales y con la asistencia del Tutor

del proyecto, se logró manejar y programar satisfactoriamente estos

dispositivos sin ninguna problemática.

14

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

Para la elaboración de este proyecto se tomaron en cuenta algunos

antecedentes, considerándose estos, trabajos de investigación que preceden

al trabajo que se está realizando; los cuales determinaron estudios y

procedimientos aplicables para la elaboración del proyecto propuesto.

A su vez, la realización de este trabajo se debió a una revisión

documental con respecto a diferentes temas, como por ejemplo, la

automatización, la utilización de controladores lógicos programables y de

microcontroladores PIC, creando unas extensas bases teóricas que

sustentan y ayudan a solventar ciertas problemáticas que se presenten en el

desarrollo del proyecto, logrando así el cumplimiento de todos los objetivos

planteados.

2.1 ANTECEDENTES

Ing. Caldeyro, Martín. (2007). La Hidroponia Simplificada como

Tecnología Apropiada para Implementar la Seguridad Alimentaria en la

Agricultura Urbana. La hidroponia Simplificada es un paquete tecnológico

apropiado, desarrollado en América Latina, que se adapta a las condiciones

urbanas y peri-urbanas, debido a que permite la independencia del factor

“suelo”, lo cual posibilita controlar el sistema de producción. Se cultiva a

15

cierta altura, donde la contaminación del suelo no incide. Permite producir

vegetales “sin tierra” y en escaso “espacio físico”, se realiza en recipientes

con agua o en sustratos naturales de bajísimos costos (arena, cáscara de

arroz, piedra pómez, etc.). Permite cultivar una muy amplia variedad de

vegetales, por ejemplo lechugas, tomates, zanahorias, apio, berro (ver Figura

n° 1), berenjenas, porotos, perejil, rabanitos, puerros, frutillas, melones,

flores, plantas aromáticas y medicinales, etc.

Figura n° 1 Cultivo de Berros y Lechugas Inocuas, en Cajas Plásticas Elevadas del Suelo.

Fuente: La Hidroponia Simplificada como Tecnología Apropiada para Implementar la Seguridad Alimentaria en la Agricultura Urbana. (2007).

El aporte de este trabajo de investigación, es que el proyecto que se

desea desarrollar está basado principalmente en los cultivos hidropónicos

para aplicaciones de agricultura urbana, demostrando que es una

metodología de siembra de fácil acceso para todas las personas, y que

permite alimentos de alta calidad en espacios reducidos.

16

Santander, Francisco. (2007). El cultivo de Tomates Hidropónicos.

El cultivo hidropónico ha tenido un gran aumento con respecto a su

aceptación a nivel del mercado mundial por sus características orgánicas y el

poco uso de tóxicos y plaguicidas. Uno de los cultivos más rentables por el

valor del producto es el del tomate o jitomate (ver Figura n° 2). Hay varias

especies de tomate, muchas son costosas pero dan excelentes resultados ya

que su producción y germinación pueden ser predecibles y se conoce el

tamaño y productividad de las plantas. La ventaja de cultivar tomate

hidropónico en ambiente controlado es la capacidad de modificar todos los

factores relacionados con su desarrollo de forma minuciosa, evitar las

pérdidas de agua por evaporación, controlar la temperatura, el riego es más

efectivo, el control de los efectos de la intemperie y la capacidad de aislarlo

de las posibles plagas y, sobre todo, la ventaja es poder aislarlo del suelo

que le puede aportar salinidad, concentraciones inadecuadas de nitratos y

otros minerales, humedad inadecuada, oxigenación pobre de las raíces y

enfermedades.

Figura n° 2 Tomates Hidropónicos

Fuente: Ciencia y Agricultura. (2010).

17

El aporte de esta monografía, para este trabajo de grado, es que

facilita las características de una especie de planta que puede ser cultivada

con hidroponia, exponiendo las condiciones bajo las cuales la planta debe

ser tratada y el resultado que dará la misma si se cumple con estas

condiciones. Viendo esto se puede tomar en cuenta como especie para el

desarrollo de este proyecto, el tomate.

Mezones, Yoel. (1997). Automatización de Máquina

Empaquetadora de Granos Mediante el Empleo de PLC (Controlador

Lógico Programable). Este Trabajo de grado está basado en el desarrollo

de un proyecto de automatización para una máquina empaquetadora de

granos, marca Gaza, modelo Palmar II, perteneciente a la empresa

Comagravi C.A. cuyo objetivo es el aumento de la eficiencia, funcionamiento

y rendimiento de la máquina, con la sustitución del control o base lógica

cableada por un sistema basado en lógica programable, mediante el empleo

de controladores lógicos programables.

El aporte de este trabajo de grado, para este proyecto es que se

tomaron como referencias los principios de operación de un controlador

lógico programable y las diversas indicaciones técnicas, como por ejemplo, la

instalación eléctrica, los periféricos y el montaje mecánico. A su vez al igual

que en este proyecto, se quiere mejorar la eficiencia de un sistema, en este

caso la del cultivo hidropónico, aumentando así su rendimiento.

Cesaredo, Felipe. (2006). Sistema de Control Mediante Mensajes

SMS y Microcontroladores. Debido al explosivo uso de los celulares y la

integración que sufren estos a lo largo del tiempo, es muy atractivo como

programador utilizar esta herramienta como un medio para generar

18

aplicaciones que sean útiles y aplicables al mercado actual, es por esto que

crear una aplicación que por medio de mensajes cortos de texto SMS se

puedan controlar eventos utilizando un microcontrolador (ver Figura n° 3), no

es algo fuera de nuestro alcance y amplia nuestra capacidad de interacción

con el medio, por ejemplo, y tal como podemos pedir el estado del tiempo por

SMS, podríamos activar la alarma de la casa o bien si esta activada recibir un

mensaje con la alarma, también se podría utilizar en el control de frigoríficos,

etc. Son tantos los problemas que podrían encontrar solución con una

aplicación de este tipo, que solo es cosa de usar la imaginación.

Figura n° 3 Modelo de Recepción y Envío de Mensajes SMS

Fuente: Sistema de Control Mediante Mensajes SMS y Microcontroladores. (2006).

El aporte de este trabajo de grado al proyecto que se desea

desarrollar, es que se pudo ver el uso de microcontroladores PIC en un

sistema de control, visualizando las principales características del PIC, como

su arquitectura, su composición, los recursos especiales y las diferentes

familias. En este caso el PIC se utilizó para controlar todo el sistema, pero

para el desarrollo de este prototipo solo se necesita controlar una parte del

sistema, por lo que el trabajo es menos complejo.

19

2.2 BASES TEÓRICAS

2.2.1 Hidroponia

La hidroponia es la ciencia que se encarga del estudio de los cultivos

sin tierra, y su nombre viene de las palabras griegas “hydro” que significa

agua y “ponos” que significa trabajo. Esta ciencia se origina de la necesidad

de producir alimentos en regiones que no poseían tierras fértiles, pero que si

tenían fuentes de agua suficientes. Según, la Oficina Regional de la FAO

para América Latina y el Caribe (ver Figura n° 4); “Hubo civilizaciones

enteras que usaron variantes parecidas a la hidroponia como medio de

subsistencia, y existen datos históricos que sustentan la afirmación de que

los cultivos hidropónicos se conocían en diversas localizaciones geográficas.

Uno de estos datos son las descripciones de los “Jardines Colgantes de

Babilonia” que se describía recibían riego por canales de agua.”. (2005, p. 5).

Figura n° 4 Logo de la FAO

Fuente: Página Oficial de la FAO. (1998).

La hidroponia o cultivo sin tierra permite, con un reducido consumo de

agua y mucha dedicación y constancia, la producción de hortalizas frescas,

sanas y abundantes en pequeños espacios. Teniendo como objetivo

principal, mejorar la calidad y cantidad de la alimentación familiar, sin la

20

necesidad de implicar una gran cantidad de costos. Una de las ventajas que

presenta esta técnica, es que provee a las raíces un nivel de humedad

constante, independientemente del clima donde se esté cosechando el

cultivo.

La Hidroponia es la forma de cultivar plantas sin tierra. Para ello, se utiliza una combinación precisa de diferentes sales minerales que contienen todos los nutrientes que requieren las plantas para su desarrollo y que habitualmente les entrega la tierra, diluidas en agua potable (solución nutritiva), la cual se aplica directamente a las raíces de diferente forma, según el método de cultivo hidropónico que se adopte. Esta forma de Cultivo se puede aplicar a cualquier tipo de planta, ya sean para consumo o decorativas y puede practicarse tanto en espacios abiertos como cerrados. Actualmente, el concepto de hidroponia es conocido mundialmente. En EE.UU, Europa y Japón, existen grandes establecimientos dedicados a la producción de este tipo de cultivos, destinados fundamentalmente al abastecimiento de hortalizas frescas a la población. (GCA S.A. 1985. 18 págs.).

Sus comienzos datan del siglo XVII, cuando un inglés llamado John

Woodward, hizo sus observaciones sobre lo importante de los minerales

disueltos en agua, en la nutrición de las plantas. Sin embargo, no fue hasta

que el botánico alemán Julio Von Sachs, en el año 1860, realizó las primeras

conclusiones científicas que aprobaban la posibilidad de efectuar cultivos sin

tierra, que se demostró, bajo determinadas condiciones que si se podía

cultivar plantas prescindiendo de tierra. Solo hacía falta diluir con agua

ciertas cantidades de químicos, para que estas crecieran con total

normalidad. Según, GCA S.A: “Solamente medio Siglo después, la

comunidad científica mundial aceptó las conclusiones de Von Sachs y

comenzó una nueva era en el desarrollo de cultivos hidropónicos: la de

transformar las experiencias de laboratorio en ensayos prácticos que

permitieran obtener cultivos de mayor producción a menor costo.”. (1985. 18

págs.).

21

2.2.1.1 El Pasado de la Hidroponia

Este método de cultivo debe su desarrollo, a los hallazgos de

experimentos llevados a cabo en los años 1600, para determinar que

sustancias hacían crecer a las plantas. Sin embargo, se conoce que esta

metodología es mucho más antigua, ya que se practicaba, pero en una forma

más primitiva en Cachemira (ver Figura n° 5), que es una región situada en el

Himalaya.

Figura n° 5 Ubicación de Cachemira

Fuente: Guía de los Países de Asia. (2008).

En un mundo súper poblado, con climas cambiantes, suelos

erosionados e índices muy elevados de contaminación, la hidroponia brinda

una gran cantidad de posibilidades donde los cultivos tradicionales están

agotados como alternativa, ya que tiene una gran cantidad de características

especiales, como los siguientes:

22

Cultivos libres de parásitos, bacterias, hongos y contaminación.

Reducción de costos de producción.

Independencia de los fenómenos meteorológicos.

Permite producir cosechas en contra estación.

Menos espacio y capital, para una mayor producción.

Ahorro de agua, fertilizantes e insecticidas.

Se evita maquinaria agrícola.

Alto porcentaje de automatización.

El cultivo hidropónico es anterior al cultivo en tierra, muchos creen que

comenzó en la antigua Babilonia, con una de las Siete Maravillas de Mundo,

como lo son los Jardines Flotantes, donde se muestra lo que probablemente

fueron los primeros intentos exitosos de cultivar plantas sin la necesidad del

uso de tierra.

Los aztecas de Centroamérica, una tribu nómada forzada a ubicarse hacia la orilla pantanosa del Lago Tenochtitlán, localizado en el gran valle central de lo que es ahora México, y tratados bruscamente por sus vecinos más poderosos que les negaron cualquier tierra cultivable, sobrevivieron desarrollando notables cualidades de invención. Como consecuencia de la falta de tierra, decidieron hacerlo con los materiales que tenían a mano; en lo que debe haber sido un largo proceso de ensayo y error, ellos aprendieron a construir balsas de caña, dragaban la tierra del fondo poco profundo del lago y la amontonaban en las balsas. Debido a que la tierra venía del fondo del lago, era rica en una variedad de restos orgánicos y material descompuesto que aportaba grandes cantidades de nutrientes. Estas balsas, llamadas Chinampas, permitían cosechas abundantes de verduras, flores e incluso árboles eran plantados en ellas. Las raíces de estas plantas presionaban hacia abajo y traspasaban el suelo de la balsa hasta el agua. (Departamento de Agricultura y Comercio de los Estados Unidos. 2003. 30 págs.).

23

Este método de cultivo llegó a formar islas flotantes, las cuales

asombraron a los españoles durante el siglo XVI.

En los años que siguieron a la investigación de Woodward, filósofos

de las plantas, demostraron que el agua era absorbida por las raíces de las

plantas y que esta atraviesa su sistema capilar, y escapa en el aire a través

de los poros de las hojas. También descubrieron que la planta toma

minerales tanto del suelo como del agua y que las hojas expulsan dióxido de

carbono al aire.

Entre los años 1930 y 1935, se desarrolló extensamente el cultivo sin

suelo, modificando las técnicas de nutricultura para lograr producir cosechas

a gran escala. Esto se logró gracias al Dr. William F. Gericke de la

Universidad de California, que extendió sus experimentos en laboratorios a

cosechas prácticas en aplicaciones comerciales a gran escala, dándole por

nombre a este método, Hidroponia. Sin embargo, antes del año 1930, todos

los estudios realizados sobre cultivos sin suelo, se orientaron a laboratorios,

para fines experimentales, la nutricultura, quimicultura y acuicultura eran los

términos utilizados para describir la cultura del cultivo sin tierra.

El método del Dr. Gericke, consistía en una serie de contenedores

sobre los cuales se extendía una malla delgada de alambre, y en esta malla

se colocaban las plantas con la raíces hacia abajo, para que estas entraran

en contacto con el agua mezclada con la solución nutritiva. Este método dio

como resultado plantas de tomates de hasta siete metros (7mts) de altura.

Sin embargo, tenía algunos problemas, el primero de ellos, era que las

plantas consumirían rápidamente por las raíces el oxigeno y por esta razón

era indispensable que se suministrara oxígeno fresco a la solución, a través

de un sistema de aireación.

Hoy en día, la hidroponia es el término, que engloba todo método de

producción agrícola que no necesite del suelo para el cultivo de las plantas,

los cuales incluyen el cultivo en recipientes llenos de agua o cualquier otro

24

medio inerte como arena, vermiculita, cascarilla de arroz, entre otros. Según

el Departamento de Agricultura y Comercio de los Estados Unidos; “Todo

esto se hace posible por la relación entre la planta y sus elementos

nutrientes. No es tierra lo que la planta necesita; son las reservas de

nutrientes y humedad contenidos en la tierra, así como el apoyo que la tierra

da a la planta.”. (2003. 30 págs.). Así pues, si se coloca la planta en un

medio inerte que le dé el mismo soporte que le brinda la tierra y se le

suministra los nutrientes necesarios, se pueden obtener plantas grandes y

mucho más rápido de lo que se hace por el sistema convencional.

Después del acertado experimento con tomates del Dr. Gericke, varios

agrónomos empezaron a trabajar para simplificar y perfeccionar el

procedimiento. Se han construido una gran cantidad de huertos hidropónicos

a gran escala, en países como México, Puerto Rico, Hawaii, Israel, Japón,

India y Europa; Y según el Departamento de Agricultura y Comercio de los

Estados Unidos; “En los Estados Unidos, sin mucho conocimiento del

público, la hidroponia se ha convertido en un gran negocio; más de 500

invernaderos hidropónicos han sido construidos y desarrollados.”. (2003. 30

págs.).

Una de las variantes del método de William F. Gericke, se aplicó para

suplir de alimentos a las tropas ubicadas en las islas no cultivables del

Océano Pacífico, al inicio del año 1940. Durante la Segunda Guerra Mundial

y usando como medio inerte arena gruesa, la hidroponia dio la prueba, de

que si era factible y viable para la obtención de verduras frescas.

La primera granja hidropónica fue construida en la isla la Ascensión

(ver Figura n° 5), en al Atlántico Sur, por la Fuerza Aérea de los Estados

Unidos, para mantener a las tropas que se alojaban en la Base Aérea (ver

Figura n° 6), ubicada en esa isla de origen volcánico. Así como en esta isla,

la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, fue implementando diferentes

técnicas de hidroponia en las islas donde tenían bases militares, para

25

abastecer a las tropas, de esta manera esta técnica de agricultura se fue

propagando por el resto del mundo.

Figura n° 6 Isla La Ascensión

Fuente: Petróleo: Inglaterra Quiere Extenderse en Malvinas. (2008).

Figura n° 7 Base Aérea de la Isla La Ascensión

Fuente: Incidentes OTAN – URSS. (2011).

Cuando la hidroponia llegó a la India, en el año 1946, era un sistema

sumamente costoso y complicado, por lo que no era apto para ser

implementado. Estos requerían de un sistema más simple y práctico, así que

fueron cambiando la técnica, hasta llegar al sistema Bengalí, que era un

sistema simple y barato, que podía ser utilizado en cualquier parte del mundo

26

para cultivar vegetales, este sistema es aplicado a pequeña y a gran espala,

pero con diferentes modalidades, de esto se desprenden los diferentes

métodos de cultivo hidropónico.

2.2.1.2 La Hidroponía en la Actualidad

En la actualidad la hidroponia ha avanzado con pasos agigantados,

desde la invención del plástico, ha mejorado en un 100%, ya que no es

necesario el uso de contenedores y válvulas metálicas, que sueltan

sustancias dañinas para las plantas, en la solución nutritiva. El plástico libró a

los agricultores de construcciones costosas y complejas, logrando la

simplicidad y factibilidad que se buscaba con el desarrollo de esta técnica.

Con respecto a la nutrición de las plantas, con la realización de

infinidad de estudios y experimentos, se ha logrado llegar a soluciones

nutritivas más equilibradas, que brindan al cultivo la cantidad de nutrientes

justa y necesaria para su perfecto desarrollo. También da la oportunidad al

agricultor de preparar su propia solución o simplemente comprar una

solución concentrada que pueda ser diluida y aplicada con facilidad.

Además del progreso que se logró con el plástico y la solución

nutritiva, otro factor de gran importancia es el desarrollo de la tecnología, que

ha permitido la automatización de los invernaderos en diferentes aspectos,

como por ejemplo, el control de temperatura en lugares con climas extremos.

Hay sistemas hidropónicos grandes y pequeños, usados tanto a nivel

comercial como a nivel particular. Los cultivadores comerciales, están

usando esta técnica para producir alimentos a gran escala, en todas las

regiones del mundo, desde las más frías hasta las más áridas, también se

están creando complejos hidropónicos con unidades de desalinización para

27

poder usar el agua del mar. Mientras que los cultivadores particulares, usan

la técnica, para abastecer a sus familias de un alimento, rápido, rico, fresco y

cosechado en casa.

2.2.1.3 Sistemas de Cultivo Hidropónico

El principio de suministrar la solución nutritiva a la planta, es siempre

el mismo, este consiste en humedecer las raíces de dicha planta con una

solución de sales balanceadas, sin embargo, el método para lograr este

cometido puede variar según las funciones y necesidades del dueño del

cultivo y de la planta.

Existen dos sistemas principales, que son el sistema de raíz flotante y

el sistema de sustrato sólido, de estas dos grandes gamas se desprenden

diferentes métodos, como por ejemplo, el método con placas de anime, el

método NFT o recirculante, el método de riego por goteo, el método de

mangas verticales, entre muchos otros.

Existen varios métodos de cultivo con diversos materiales que son utilizados como sustratos, los cuales sirven de contención de las raíces; entre estos métodos sobre sale el cultivo en agua, grava, arena, serrín, lana de roca, turba perlita, vermiculita y mezclas de dos o más sustratos. Dependiendo de lo que se va a producir y su importancia económica es la selección del método de cultivo con el material adecuado como sustrato. Para elegir el método y sustrato óptimo se debe considerar, que sea fácil de conseguir y de bajo costo, que no se degrade o descomponga con facilidad, que retenga humedad y que no sea salino. (Alvarado, D. Chávez, F. Wilhelmina, K. 2001. 96 págs.).

28

Los métodos más comunes de cultivo hidropónico difieren en algunos

detalles, pero cuentan con dos rasgos habituales, el primero es que los

nutrientes se aportan en soluciones líquidas y el segundo es que las plantas

se sostienen sobre materiales porosos. Entre estos métodos se encuentran

los siguientes:

Sistema de Raíz Flotante

Este sistema consiste principalmente en que las raíces de las plantas

estén en contacto directo con la solución nutritiva. Según la versión del

método de raíz flotante que se utilice, la cosecha de la planta se puede

realizar en tres fases o en una sola, todo depende del lugar donde se ubique

el contenedor y de su practicidad. Según Alvarado, D. Chávez, F.

Wilhelmina, K.: “Dentro de este sistema, se pueden encontrar varios métodos

bien específicos, como el de las placas de anime o el NFT, y a su vez se

pueden encontrar versiones donde se unifican dos métodos diferentes.”.

(2001. 96 págs).

Placas de Anime: 1Este método consiste en tres etapas, almacigo,

primer trasplante y trasplante definitivo. Para la primera etapa (ver

Figura n° 8), se coloca en bandejas de cualquier material, algún tipo

de sustrato, bien sea cascarilla de arroz, vermiculita, aserrín, etc. Y

dentro de esta bandeja se coloca a cierta distancia, entre surco y

surco y planta y planta, según el tipo de cultivo, las semillas de la

1 Oficina Regional de la FAO para América Latina y el Caribe. 2003. Manual de Hidroponia

Popular, Una Necesidad. (en línea). 3ed. Santiago, CL. 180 págs. Consultado 26 abril 2011. Disponible en http://www.elmejorguia.com/hidroponia/Manual%20de%20hidroponia.htm

http://www.elmejorguia.com/hidroponia/Manual%20de%20hidroponia.htm

29

planta. Estas semillas estarán en este contenedor, hasta la

geminación de la planta (ver Figura n° 9), que estará estipulada, por el

cultivo que se está cosechando. Una vez pasados los días específicos

para la germinación de cada planta, se procede al primer trasplante,

este consiste en pasar las plántulas germinadas a placas de anime,

perforadas a cierta distancia, en estos agujeros se colocará la plántula

sostenidas con algún material poroso (ver figura n° 10), como por

ejemplo, esponjas, la placa de anime flotará en la solución nutritiva,

manteniendo las raíces de la planta en contacto directo con la

solución (ver Figura n° 11). La planta permanecerá en este

contenedor, algunos días, según el tipo de cultivo, cumpliendo con

procesos como aireado y movimiento de nutrientes, para evitar la

estanqueidad de la solución. Por último se hará el trasplante definitivo,

cuyo procedimiento es igual al primar trasplante, pero con una

distancia diferente entre los agujeros del anime. La planta se

encontrará en este contenedor hasta el día de su cosecha (ver Figura

n° 12). Como todo proceso en la actualidad, en este método se han

realizado algunas aplicaciones tecnológicas, como por ejemplo el uso

de bombas de aire (ver Figura n° 13).

Figura n° 8 Bandejas de Sustrato

Fuente: Lechugas Hidropónicas: Almacigos. (2007).

30

Figura n° 9 Germinación de la Lechuga Simpson a 10 Días de la Siembra

Fuente: Guía para el Cultivo de Lechuga Hidropónica: Germinación. (2003).

Figura n° 10 Trasplante para la Siembra de Raíz Flotante de la Lechuga Simpson

Fuente: Guía para el Cultivo de Lechuga Hidropónica: Trasplante. (2003).

Figura n° 11 Lechugas a 14 Días Después del Trasplante

Fuente: Guía para el Cultivo de Lechuga Hidropónica: Cultivo en Raíz Flotante. (2003).

31

Figura n° 12 Cosecha de Lechuga Simpson en Sistema de Raíz Flotante

Fuente: Guía para el Cultivo de Lechuga Hidropónica: Cultivo Comercial. (2003).

Figura n° 13 Bancales para Sistema de Raíz Flotante

Fuente: Cultivos Hidropónicos. (2005).

Sistema NFT o Recirculante: 2En este sistema de raíz flotante, las

raíces de las plantas no están sumergidas permanentemente en la

solución, sino, que son bañadas cada cierto tiempo con esta. Este

método se puede hacer cumpliendo con las tres etapas del sistema

con placas de anime, o cumpliendo una sola etapa. Para el primer

caso, se procede de la manera anteriormente explicada, es decir, que

2 Oficina Regional de la FAO para América Latina y el Caribe. 2003. Manual de Hidroponia

Popular, Una Necesidad. (en línea). 3ed. Santiago, CL. 180 págs. Consultado 26 abril 2011. Disponible en http://www.elmejorguia.com/hidroponia/Manual%20de%20hidroponia.htm


32

se cumple con la etapa de germinación, primer trasplante y trasplante

definitivo, con la diferencia de que en vez de usar como contenedor de

las plantas, las placas de anime, se usan tubos PVC agujerados (ver

Figura n° 14). El método consiste en hacer recircular la solución

nutritiva a través de la tubería, es decir, que la solución es enviada a

los tubos, moja las raíces de las plantas y a su vez, por el otro extremo

del tubo se va drenando (ver Figura n° 15). El segundo caso consiste,

en sembrar la planta directamente en el tubo PVC definitivo, es decir,

que la planta pasará todo su proceso, desde la siembra de la semilla

hasta la cosecha en el mismo contenedor. Para esto, se coloca dentro

de los agujeros de los tubos PVC un contenedor más pequeño, como

por ejemplo, un vaso de plástico (ver Figura n° 15), agujerado en el

fondo, al cual se le llenarán las tres cuarta (3/4) de un agregado

liviano, como por ejemplo, de ALIVEN, y la parte restante se llenará de

cualquier sustrato, en este capa de sustrato se siembra la semilla.

Este método consiste en llenar el tubo PVC, hasta que la solución

humedezca el sustrato y luego poco a poco el agua se va drenando, a

medida que la planta va creciendo, lo harán también sus raíces, las

cuales saldrán por el agujero creado en el contenedor pequeño.

Figura n° 14 Sistema NFT

Fuente: Cultivos Hidropónicos. (2005).

33

Figura n° 15 Cultivo Hidropónico con Sistema NFT

Fuente: Manual de Hidroponia Popular: Una Necesidad. (2003)

Figura n° 16 Banca de Floración Escalonada

Fuente: Sistema de Cultivo: Cultivo de Floración. (2007).

34

Sistema en Sustrato Sólido

Según el Manuel de Hidroponia Popular: Una Necesidad; Este sistema

hidropónico, difiere del método de raíz flotante, en que las raíces de las

plantas se desarrollan en un medio sólido (ver Figura n° 17). Y existen dos

métodos principales, el método por goteo y el método en mangas verticales.

En este tipo de sistema no es necesario, trasplantar la planta, es decir, que la

planta puede estar en todas sus etapas en el mismo contenedor, pero, si la

semilla es sembrada en un almacigo (ver Figura n° 18), es necesario

cambiarla de lugar después de su germinación, debido a que el espacio de

los contenedores para almacigo es muy pequeño, para el correcto desarrollo

de la planta. (2003, 180 págs.).

Figura n° 17 Siembra en Sustrato Sólido

Fuente: Trucos para Sembrar Semillas con Éxito. (2004).

35

Figura n° 18 Siembra en Almacigos

Fuente: Cuidado y Trasplante de Plántulas en Almacigos

Sistema por Goteo: Este sistema consiste en regar la planta

mediante goteo (ver Figura n°19), es decir, que la solución será

suministrada constantemente mediante pequeñas gotas. Para esto se

colocan las semillas o las plántulas en un contenedor con un sustrato

cualquiera y se bombea la solución nutritiva, por diferentes

mangueras, hasta cada una de las plantas (ver Figura n° 20). Según

Sistemas de Riego en la Agricultura: Sistema de Riego por Goteo: “El

riego por goteo tiene las siguientes ventajas: considerable ahorro del

agua, se mantiene un nivel de humedad constante sin

encharcamiento, da la posibilidad de regar cualquier tipo de terreno,

se tiene una elevada uniformidad y es aplicable a pequeña, mediana y

gran escala.” (2010).

36

Figura n° 19 Cultivo en Sustrato con Bombeo Continuo de Nutrientes

Fuente: Hidroponia Popular: Una Necesidad. (2003).

Figura n° 20 Sistema de Riego por Goteo

Fuente: Sistemas de Riego en la Agricultura: Sistema de Riego por Goteo. (2010).

Sistema en Mangas Verticales: Este sistema corresponde a mangas

o bolsas colgadas verticalmente, rellenas de cualquier sustrato (ver

Figura n° 21), según Hidroponía Popular: Una Necesidad: “Las

mangas verticales de hidroponia son un sistema de cultivo eficiente

para espacios pequeños y se usan para cultivar especies de hortalizas

de hojas, como lechuga, espinacas, berros, y otras que puedan crecer

sin ejercer un excesivo peso o que produzcan raíces que puedan

37

romper las bolsas.” (2003, p.180). Una vez rellenas las mangas con el

sustrato humedecido, esta es perforada a cierta distancia entre planta

y planta, colocando hileras a determinada distancia, según el diámetro

de la manga, en estos agujeros se colocan las plántulas germinadas y

se procede con el riego (ver Figura n° 22), este sistema no es apto

para siembra directa, ya que las semillas al germinar no encontrarían

una salida. El riego de la manga puede ser manual, o automático,

conectando en la parte superior una manguera, y se impulsa la

solución mediante bombas (ver Figura n° 23), debido a la posición de

la manga el sustrato se humedece en su totalidad por gravedad, la

solución excedente se puede recoger en la parte inferior de la manga,

para ser reutilizada. Este tipo de cultivo es muy beneficioso ya que el

recipiente es económico y fácil de usar, ya que las mangas vienen

fabricadas con distintos diámetros y calibres, siendo preferibles las de

calibre 0,20 para poder soportar el peso del sustrato.

Figura n° 21 Mangas Antes de la Producción Hidropónica


38

Figura n° 22 Esquema de Preparación de una Manga Vertical para Hidroponia


Figura n° 23 Mangas Verticales Regadas por Bombeo


39

2.2.1.4 Localización e Instalación de una Huerta Hidropónica

Uno de los primeros pasos que se debe tomar para realizar un cultivo

hidropónico, es definir el lugar donde se ubicará el contenedor de las plantas.

Estos contenedores pueden ser localizados en distintos lugares de una

vivienda, como por ejemplo, paredes, techos, ventanas, patios y terrazas,

pero hay que tener en cuenta criterios importantes, para lograr una mayor

eficiencia. Según Hidroponia Popular: Una Necesidad: “El criterio más

importante es ubicar la huerta en un lugar donde reciba por lo menos seis (6)

horas diarias de luz. Para esto es recomendable utilizar espacios con buena

iluminación.”. (2003, p.180). Otro criterio de importancia es ubicar el

contenedor cerca de una fuente de agua, para evitar el esfuerzo de

transportar los volúmenes de agua que se necesitan. También es necesario,

tener cerca los implementos que se utilizan para el cuidado de las plantas,

como por ejemplo, el pulverizador, la solución nutritiva y la regadera, ya que

son implementos que se usan con frecuencia.

Es importante que el huerto hidropónico este protegido contra posibles

ataques de animales, como perros, gatos o pájaros, ya que las plantas

pudiesen ser comidas o maltratadas. Y por último se debe proteger la

plantación de climas extremos, como heladas o sequias.

2.2.1.5 Sustratos Sólidos

Según Infoagro: “Un sustrato es todo material sólido distinto del suelo,

natural, de síntesis o residual, mineral u orgánico, que, colocado en un

contenedor, en forma pura o en mezcla, permite en anclaje del sistema

40

radicular de la planta, desempeñando, por tanto, un papel de soporte para la

planta.”. (2005, p.2).

Este sustrato no debe contener sustancias minerales solubles, para

evitar que la solución nutritiva se altere, debido al desbalance químico que se

puede producir, a demás de esto, no debe contener ninguna forma viva, ni

macro y micro, para así disminuir el riesgo de que se propaguen

enfermedades a las plantas y personas o animales que consumirán estas

mismas.

Lo más recomendable para un buen sustrato es que las partículas que lo componen tengan un tamaño no inferior a 0,5 y no superior a 7 milímetros, que retengan una buena cantidad de humedad pero que además faciliten la salida de los excesos de agua, que no se descompongan o degraden con facilidad, que no contengan elementos nutritivos, que no contengan micro organismos perjudiciales a la salud de los seres humanos o de las plantas, que sean livianos, de bajo costo, que no contengan residuos industriales o humanos y que sean fáciles de conseguir. (Manual de Hidroponia Popular: Una Necesidad, 2003, p.180).

En conclusión para que un sustrato sea ideal, se requiere de ciertas

características físicas, químicas y biológicas para lograr buenos resultados

durante la germinación, enraizamiento y crecimiento de las plantas.

Propiedades Físicas

Todos los sustratos deben contar con las siguientes propiedades

físicas, para que se consideren un buen sustrato:

41

Porosidad: Es el volumen total del sustrato no ocupado por las

partículas sólidas, que en cambió será ocupado por aire o agua, en

determinada porción (ver Figura n° 24). El valor óptimo de este

volumen debe ser de 80% a 85%, sin embargo, los sustratos de

menor porosidad pueden ser usados en determinadas condiciones.

Esta porosidad debe ser abierta, ya que la porosidad cerrada, al no

estar en contacto con el espacio abierto, no sufre de intercambios de

fluidos con él, y por lo tanto no es útil como almacén para la raíz, es

decir, que el grosor de los poros condiciona la aireación y la retención

de agua del sustrato (ver Tabla n° 1).

Figura n° 24 Volúmenes Relativos de Material Sólido, Líquido y Gaseoso en un Buen Sustrato

Fuente: Los Sustratos para Hidroponia. (2001).

42

Tabla n° 1 Capacidad de Retención de Agua

SUSTRATO CAPACIDAD DE RETENCION DE AGUA

A CAPACIDAD DE CAMPO

% en peso % en volumen

Grava 4.2 6.7

Granulados de vidrio

3.0 4.8

Pómez 59.1 20.4

Escorias de carbón

49.7 34.7

Escorias volcánicas

14.5 13.0

Sílice 4.9 7.8

Vermiculita 382.0 43.6

Arcilla expandida 28.0 14.0

Arena 12.0 16.0

Cascarilla de arroz cruda

40.0 11.0

Lana de Roca 1300 80.0

Cascarilla de Arroz Quemada

50.0 14.0

Cáscara de Coco 780 70


Densidad: Esta se clasifica en dos tipos, la primera es la densidad

real, que se refiere al material sólido que compone al sustrato, y suele

oscilar entre 2,5 y 3 Kg/dm3 para la mayoría de los sustratos de origen

mineral; y la segunda es la densidad aparente, que se refiere a la

densidad calculada, considerando tanto el espacio ocupado por los

componentes sólidos, como el espacio poroso y suele oscilar entre 0,7

y 0,1 Kg/dm3 (ver Tabla n° 2).

43

Tabla n° 2 Densidad de Algunos Sustratos

Sustratos Kg/dm³ (Peso Seco)

Cortezas 0.20 - 0.30

Arena 1.40 - 2.00

Pómez 0.50-0.90

Cascarilla de arroz 0.120

Escoria de carbón 0.60-0.850


Estructura: La estructura de los sustratos, puede ser de dos tipos, la

primera es granular (ver Figura n° 25), esta no tiene una estructura

estable y se acopla con facilidad a la forma del contenedor; mientras

que la segunda es de estructura fibrilar (ver Figura n° 26), estas tienen

facilidad de cambio de volumen y consistencia cuando pasan de un

estado seco a mojado y viceversa, también si se usa algún tipo de

cementación se les puede dar una forma cualquiera.

Figura n° 25 Estructura Granular

Fuente: Todo Sobre Acuaponia: Práctica en Acuarios. (2007).

44

Figura n° 26 Estructura Fibrilar

Fuente: Sustrato. (2003).

Granulometría: Se refiere al tamaño de los gránulos o fibras del

sustrato (ver tabla n° 3), de esto depende la porosidad del sustrato,

mientras más grandes son los granos, mayor es el poro, y mientras

más pequeño es el grano, menor es su separación.

Tabla n° 3 Granulometría

Categoría Tamaño (mm) Contenido deseable (%)

Gravilla > 2 0

Arena Muy Gruesa

1 - 2 0 - 5

Arena Gruesa 0.5 - 1.0 70 - 80

Arena Media 0.25 - 0.5

Arena Fina 0.1 - 0.25 0 - 20

Arena muy Fina 0.05 - 0.1 0 - 2

Limo y Arcilla < 0.05 0


45

Para finalizar con las propiedades físicas de los sustratos, se presenta

un resumen (ver Tabla n° 4), con todas estas características, según el tipo de

sustrato.

Tabla n° 4 Resumen sobre las Principales Propiedades Físicas de los Sustratos

Su

str

ato

Tam

añ

o d

e

gra

no

mm

.

Den

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/m³

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Cap

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rid

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Arena de Rio

0.5 - 2.0

1.4 -1.60

38-42 5-20 15-35 1-2 0.1-0.5 Buena

Arena de Peña

0.2 - 0.5

1.5 - 2.0

25-35 1-15 10-20 2-5 0.1-0.5 Buena

Grava 5 -15 1.6 - 2.0

40 36 2 1 0.1-0.5 Mala

Piedra Pómez

5 -10 0.6 - 0.8

75 40-55 20-40 5-8 2-5 Buena

Ladrillo 10 0.8 - 1.0

60 20-25 15-30 5-10 1-5 Buena

Arcilla Expandida

4 - 10 0.32-0.70

72-88 47-63 2-5 5-12 10-20 Regular

Perlita 0.1 - 5 0.05 - 0.14

85-95 18 - 60 6-38 2-10 18 -30 Buena

Escoria de Carbón

10 0.8 60-80 40-60 20-30 5-10 2-5 Buena

Carbón Coke

10 - 25 0.6 60-80 50-60 15-25 2-5 1-2 Mala

Carbón de 5 - 10 0.5 65-80 50-60 12-30 5-15 2-5 Mala

46

Leña

Turba 1-2 0.08 90-95 15-40 18-28 6-8 24-53 Buena

Aserrín 4 - 6 0.3 75-90 10-20 20-30 5-10 2-5 Mala

Cortezas de Pino

1-5 0.27 81 38 10-20 5-10 1-5 Mala

Cascarilla de Arroz Cruda

3 - 6 0.12 85-95 40-60 5-15 1-5 0.5 Mala

Cascarilla de Arroz

Quemada

1-4 0.17 80-90 35-55 10-20 5-10 1-2 Regular

Cascarilla de Café

5 - 8 0.15 70-80 40-50 20-30 5-10 2-5 Mala

Cáscara de Coco

0.2-3 0.08-0.12

82-92 30-50 20-30 2-6 1-5 Buena

Picón o Pomina

1-8 0.9 65 52 3.6 0.7 10.5 Mala

Lana de Roca

Bloques .07-0.1 92-95 30 50 10 5 Buena

Espuma Fenólica

Bloques .015 95-97 0-6 50-75 5-10 1-5 Buena


Propiedades Químicas

La única propiedad química que deben poseer los sustratos es la

reactividad, es decir, la capacidad de poder transferir materia entre el

sustrato y la solución nutritiva que alimenta a la planta. Esta reactividad debe

ser recíproca y según Infoagro, lo puede ser debido a diferentes reacciones:

“Reacciones químicas, que se refiere a la disolución e hidrólisis de los

propios sustratos; reacciones físico-químicas, que se refiere al intercambio

de iones, que se dan en sustratos de origen orgánico o los de origen

47

arcilloso; y por último reacciones bioquímicas, que se refieren a la

biodegradación de los materiales del sustrato.”. (2005, p.2).

Propiedades Biológicas

La actividad biológica de los sustratos puede ser perjudicial, ya que los

microorganismos compiten con las raíces de las plantas por oxígeno y

nutrientes, causando la degradación del sustrato y disminuyendo su

capacidad de aireación, por lo que todo sustrato, debe tener las siguientes

propiedades biológicas:

Velocidad de Descomposición: Esto depende de las condiciones

ambientales en las que se encuentre el sustrato y de su origen. La

descomposición de un sustrato debe ser sumamente lenta, para evitar

deficiencias de oxígeno y nitrógeno, la liberación de sustancias

fitotóxicas, y la contracción del sustrato. Esta velocidad está

determinada por la disponibilidad de compuestos biodegradables.

Efectos de los Productos de Descomposición: Según Infoagro:

“Muchos de los efectos biológicos de los sustratos orgánicos se

atribuyen a los ácidos húmicos y fúlvicos, que son los productos

finales de la degradación biológica de la lignina y la hemicelulosa. Una

gran variedad de funciones vegetales se ven afectadas por su acción.”

(2005, p.2). Por lo que es importante, evitar la producción de humus

proveniente de la materia en descomposición.

48

Una vez vistas las propiedades que debe tener un sustrato, se puede

pasar a los tipos de sustratos. Los criterios de clasificación para estos, se

basan, en el origen de los materiales, su naturaleza, sus propiedades y su

capacidad de degradación.

Tipos de Sustratos

Los sustratos pueden clasificarse de dos maneras, la primera es

según sus propiedades, la cual se subdivide en dos (2), sustratos

químicamente inertes y sustratos químicamente activos; y la segunda es

según el origen de sus materiales, que pueden ser de origen orgánico o de

origen inorgánico.

Sustratos Químicamente Inertes: Son capaces de brindar soporte a

las plantas, pero no intervienen en el proceso de desarrollo de la

misma. Este tipo de sustrato no está en la capacidad de fijar los

nutrientes, por lo que tienen que ser suministrados a través de

fertilizantes.

Sustratos Químicamente Activos: Estos al contrario de los

anteriores, no solo son capaces de dar soporte a la planta, sino que

también están en la capacidad de brindar una reserva de los

nutrientes aportados por los fertilizantes, almacenándolos o

cediéndoles, según el requerimiento de la planta.

49

Sustratos de Materiales Orgánicos: Estos pueden ser de origen

natural, que se caracterizan por estar sometidos a la descomposición

biológica; o de síntesis, que son polímeros no biodegradables y son

obtenidos mediante síntesis química. También están los sustratos

creados con residuos de actividades agrícolas, industriales y urbanas,

pero los productos de este tipo deben pasar por un proceso de

compostaje.

Sustratos de Materiales Inorgánicos: Estos al igual que el anterior,

pueden ser de origen natural, que son aquellos que se obtienen de

rocas o minerales, pero que tienen modificaciones mediante

tratamientos físicos sencillos; también se encuentran los

transformados, que sufren cambios a través de tratamientos físicos

moderados; y por último estas los desarrollados a través de residuos

industriales.

Una vez desarrollado este punto, se procederá a describir y desarrollar

algunos de los sustratos más utilizados, los cuales entran en las categorías

anteriores, como por ejemplo, sustratos inertes, activos, orgánicos e

inorgánicos.

Sustratos típicos y Mezclas

Gravas: Este sustrato (ver Figura n° 27), está en la categoría de

sustratos de materiales inorgánicos e inertes y según Infoagro:

50

“Suelen utilizarse las que poseen un diámetro entre 5 mm y 15 mm.

Destacan las gravas de cuarzo, la piedra pómez y las que contienen

menos del 10% en carbonato cálcico. Su densidad aparente es de

1500-1800 Kg/m3. Poseen una buena estabilidad estructural, su

capacidad de retención de agua es baja, si bien su porosidad es

elevada.” (2005, p.2). Este material como sustrato es duradero por

varios años, pero algunos tipos de grava, debe lavarse antes de

usarse.

Figura n° 27 Algunos Tipos de Gravas

Fuente: Materiales para sus Acabados, Recubrimientos y Jardinería. (2007).

Arenas: Este tipo de sustrato pertenece a la categoría de sustratos

inertes e inorgánicos. Las arenas de río funcionan muy bien como

sustratos, ya que su granulometría entre 0,5 y 2 mm, tiene una

densidad aparente muy parecida a la de la grava. La desventaja es

que tiene una capacidad de retención de agua, mediana, y su

aireación va disminuyendo debido a su compactación.

51

Turbas: La turba es un material de origen vegetal, por lo que

pertenece a la categoría de sustratos activos y de materiales

orgánicos. Sus propiedades físicas y químicas varían según su origen.

Y se pueden clasificar en dos grupos, turbas negras, que tienen un

menor contenido de materia orgánica y están más mineralizadas; y

turbas rubias, que están menos descompuestas y tienen mayor

materia orgánica; aunque también se suele trabajar con una mezcla

de ambas (ver Figura n° 28). Para sus características físico-químicas

se presenta la siguiente tabla (ver Tabla n° 5).

Figura n° 28 Tipos de Turbas

Fuente: Turba Patagonia: Tipos de Turba. (2008).

Tabla n° 5 Propiedades Físico-Químicas de las Turbas

Propiedades Turbas rubias Turbas negras

Densidad aparente (gr/cm3) 0,06 - 0,1 0,3 - 0,5

Densidad real (gr/cm3) 1,35 1,65 - 1,85

Espacio poroso (%) 94 o más 80 - 84

Capacidad de absorción de agua (gr/100 gr m.s.) 1.049 287

Aire (% volumen) 29 7,6

52

Agua fácilmente disponible (% volumen) 33,5 24

Agua de reserva (% volumen) 6,5 4,7

Agua difícilmente disponible (% volumen) 25,3 47,7

C.I.C. (meq/100 gr) 110 - 130 250 o más

Fuente: Tipos de Sustratos de Cultivo. (2005).

Mezclas: Una de las alternativas más consideradas para trabajar con

sustratos, es realizar la mezcla de varios, en diferentes proporciones.

Entre los mejores mezcladores, se encuentran la arena y la piedra

pómez, ya que garantizan una buena distribución de la humedad. En

la siguiente tabla (ver Tabla n° 6), se muestran las mezclas más

usadas y en que porciones.

Tabla n° 6 Mezclas más Usadas

Cascarilla de arroz

1 Escoria 1

Cascarilla de arroz

1 Arena 1

Cascarilla de arroz

4 Tierra 1

Aserrín 1 Escoria 1

Pómez 1 Aserrín 1

Cascarilla 1 Aserrín 1 Escoria 1

Aserrín 1 Carbón 1

Cascarilla 1 Arena 2

Fuente: Tipos de Sustratos de Cultivo. (2005).

53

2.2.1.6 Solución Nutritiva

Los nutrientes requeridos por una planta, en el cultivo hidropónico,

para la producción de raíces, bulbos, tallos, hojas, flores y semillas, son

suministrados a través de una solución nutritiva.

En los cultivos hidropónicos todos los elementos esenciales se suministran a las plantas disolviendo las sales fertilizantes en agua para preparar la solución de nutrientes. La elección de las sales que deberán ser usadas depende de un elevado número de factores. Entre ellos está la proporción relativa de iones que debemos añadir a la composición, esta se comparará con la necesaria en la formulación del nutriente. Otro factor, es la solubilidad, las sales fertilizantes deben tener una alta solubilidad, puesto que deben permanecer en la solución para ser tomadas por las plantas. (Llanos, P. 2001, p.15).

Hay dieciséis (16) elementos químicos que se consideran esenciales

para las plantas, de los cuales trece (13) son nutrientes minerales, estos

nutrientes entran a las plantas a través de sus raíces y en el caso de que

falte alguno de ellos, se puede limitar o disminuir los rendimientos de las

plantas. Estos nutrientes de clasifican en dos (2), macronutrientes, que son

aquellos nutrientes que se necesitan en grandes cantidades, y

micronutrientes, que son los nutrientes que se necesitan en pequeñas

cantidades.

Macronutrientes

Los nutrientes que las plantas necesitan en gran cantidad, son

aquellos provenientes del aire y del agua, como carbono (C), hidrógeno (H) y

54

oxígeno (O), que en conjunto con el nitrógeno (N), fosforo (P) y azufre (S),

pueden producir las proteínas que necesita la planta. A su vez se necesita

de calcio (CA), magnesio (Mg) y potasio (K), ya que forman parte de la

estructura celular de la planta, así como de sus reacciones bioquímicas y

metabólicas.

Micronutrientes

Estos nutrientes también son indispensables para las plantas, solo

que se aplican en pequeñas cantidades. Entre ellos tenemos el cobre (Cu),

cuya importancia se aprecia en la asimilación de la planta; el boro (B), que

mejora el rendimiento y la calidad de la cosecha; el hierro (Fe), ligado a la

biosíntesis de la clorofila; el manganeso (Mn), que acelera la germinación y

la maduración; el zinc (Zn), necesario para la formación de la clorofila y para

el crecimiento de la planta; el Molibdeno (Mo), esencial para la fijación del

nitrógeno (N); y por último, pero no menos importante, está el cloro (Cl).

Una de las soluciones nutritivas más utilizadas, son las soluciones

modificadas de Hoagland, y según Llanos, P: “Hoagland y Arnon (1950)

formularon dos soluciones nutritivas las cuales han sido ampliamente

utilizadas y el termino “Solución de Hoagland” proviene de los laboratorios

caseros del mundo, dedicados a la nutrición de las plantas a nivel mundial.”

(2001). La primera solución contiene iones de amonio, mientras que la

segunda fue modificada por Jhonson, variando la composición de

micronutrientes (ver Tabla n° 7).

55

Tabla n° 7 Soluciones Modificadas de Hoagland

Macronutrientes

Compuesto Peso molecular gr / litro Vol. en cm3/litro Elemento

Conc. final en ppm

KNO3 101.1 101.1 6 N 224

Ca( NO3 )2.4H2O

236.16 236.16 4 K 235

NH4H2PO4 115.08 115.08 2 Ca 160

MgSO4.7H2O 246.49 246.49 1 P 62

S 32

Mg 24

Micronutrientes

Compuesto Peso molecular gr/litro Vol. en cm3/litro Elemento

Conc. final en ppm

KCl 74.55 3.728 Cl 1.77

H3BO3 61.84 1.546 B 0.27

MnSO4.H2O 169.01 0.338 1 Mn 0.11

ZnSO4.7H2O 287.55 0.575 Zn 0.131

CuSO4.5H2O 249.71 0.125 Cu 0.032

H2MoO4 ( 85% MoO3 )

161.97 0.081 Mo 0.05

Fe-Quelato 346.08 6.922 1 Fe 1.12

Fuente: Formulaciones Comerciales, Fórmulas Completas. (2001).

A raíz de esta solución se han creado una gran variedad de soluciones

nutritivas, creadas a partir de sales simples o abonos corrientes. Las hay

concentradas, para ser diluidas o ya diluidas en agua, todo depende de la

practicidad y funcionalidad, que requiera el dueño del cultivo y la plantación.

56

2.2.2 Sistemas de Control

Se entiende por sistema de control a un sistema que por medio de la

modificación de ciertas variables de entrada, se obtienen determinadas

salidas (ver Figura n° 29).

Un sistema de control es un tipo de sistema que se caracteriza por la presencia de una serie de elementos que permiten influir en el funcionamiento del sistema. La finalidad de un sistema de control, es conseguir mediante la manipulación de variables de control un dominio sobre las variables de salida, de modo que estas alcancen unos valores prefijados. (Según Sanz, A y Font, O. 2010, p.5).

Estas variables de entrada se dividen en dos grupos, el primero, son la

variables de control, que son aquellas que serán manipuladas; y el segundo,

son las perturbaciones, que son aquellas acciones sobre las que no hay

ningún tipo de control.

Figura n° 29 Esquema General de un Sistema de Control

Fuente: Sistema de Control Basado en Microcontrolador. (2010).

57

Para poder manejar un sistema de control, se necesita de una

estrategia de control, la cual hace referencia a la naturaleza y dirección de

los lazos que existen entre las variables medidas y las variables de control.

Debido a esto, existen dos estrategias de control, en función de la

información utilizada para calcular la acción de control. Estas son:

2.2.2.1 Estrategias de Control

Lazo Abierto

Es cuando la acción de control se calcula, en conocimiento de la

dinámica del sistema (ver Figura n° 30).

Esta estrategia de control es capaz de compensar los retrasos

inherentes del sistema, anticipándose a las necesidades del usuario. Sin

embargo, este tipo de lazo, suele ser insuficiente, debido a los errores del

modelo y a los errores en la estimación de las perturbaciones.

Lazo Cerrado

La acción de control es calculada en función del error medido, entre

las variables controladas y las variables de salida (ver Figura n° 30). Este tipo

de estrategia es aplicable sea cual sea la variable controlada. En la

actualidad, esta es la estrategia más utilizada.

58

Figura n° 30 Control Lazo Cerrado vs Control Lazo Abierto

Fuente: Sistema de Control Basado en Microcontrolador. (2010).

Un sistema de control ideal, está compuesto por tres elementos

básicos; los sensores, que permiten conocer los valores de las variables

medidas; el controlador, que es el que calcula la acción que debe ser

aplicada para modificar las variables de control, mediante los valores

obtenidos con los sensores; y por último los actuadores, que son los que

ejecutan la acción calculada.

2.2.2.2 Sensores

Se considera sensor a cualquier dispositivo capaz de detectar

magnitudes físicas o químicas y transformarlas en variables eléctricas, estas

variables pueden ser temperatura, intensidad lumínica, distancia,

aceleración, inclinación, nivel de agua, entre otras. Según Pallás, R: “Dado

que hay seis tipos de señales: mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas,

ópticas y químicas, cualquier dispositivo que convierta una señal de un tipo

59

en una señal de otro tipo, debería considerarse un transductor o sensor y la

señal de salida podría ser de cualquier forma física útil.”. (2004).

Un sensor cuenta con muchas características, dentro de las cuales se

encuentran: el rango de medida, que es la magnitud medida en la que puede

aplicarse el sensor; la presión, que es el error máximo esperado; la

sensibilidad, que es la variación que hay entre la magnitud de entrada y la

magnitud de salida; la repetitividad, que es el error cometido varias veces en

la misma medida; entre otras características, como por ejemplo, la linealidad,

la resolución y la rapidez de respuesta.

El primer sensor fue desarrollado por Honeywell en el año 1969 y

usaba resistencias y capacitores integrados, conectados a un inversor para

crear una salida en frecuencia proporcional a la presión. A partir de esto, y

con el paso de los años y el avance tecnológico, se fueron creando y

diseñando sensores con la capacidad de medir casi cualquier variable, por lo

cual lo dividieron en dos grandes grupos, sensores analógicos y sensores

digitales.

Sensores Analógicos

Según Andrés, G: “Un sensor analógico es aquel que puede entregar

una salida variable dentro de un determinado rango (ver Figura n° 31). Un

sensor analógico, como por ejemplo, una fotorresistencia, puede ser

cableado en un circuito que pueda interpretar sus variaciones y entregar una

salida variable con valores entre 0 y 5V.”. (2004).

60

Figura n° 31 Sensor Analógico

Fuente: Sensores en Robótica. (2004).

Dentro de los sensores analógicos, se encuentran una gran variedad,

como por ejemplo, de aceleración, de nivel, de presión, entre otros; pero los

más utilizados y los más sencillos, son los potenciómetros y las

fotorresistencias.

Fotorresistencias: Estos son sensores (ver Figura n° 32), con la

capacidad de variar su valor, según el cambio en la intensidad de la

luz reflejada sobre ellos. Mientras haya más luz, la resistencia será

menor, y mientras haya poca luz o no haya, la resistencia será mayor

o estará en su valor máximo.

Figura n° 32 Fotorresistencia o LDR

Fuente: Automatización Industrial. (2003).

61

Potenciómetro: Es un sensor (ver Figura n° 33) cuyo valor de la

resistencia es variable, de esta manera se puede controlar la

intensidad de corriente o la diferencia de potencial que fluye a través

de un circuito, según como se conecte, es decir, en paralelo o en

serie.

Figura n° 33 Potenciómetro


Sensores Digitales

Según Andrés, G: “Un sensor digital es aquel que entrega una salida

de tipo discreta (ver Figura n° 36). Es decir que el sensor posee una salida

que varía dentro de un determinado rango de valores, pero a diferencia de

los sensores analógicos, esta señal varía de a pequeños pasos pre-

establecidos.

62

Figura n° 34 Sensor Digital


Uno de los sensores más básicos con los pulsadores, capaces de

emitir dos (2) valores, que son abierto o cerrado. Sin embargo otros sensores

son capaces de entregar una salida de tipo binario. Existen al igual que

sensores analógicos, una gran variedad de sensores digitales, todos con una

conexión parecida, es decir, que hacen uso de una resistencia pull-up

conectada a VCC para mantener la entrada forzada en un nivel alto, de modo

que cuando el sensor se active, exija pasar la entrada a un nivel bajo. Entre

los más usados estos tenemos:

Switch: Es un sensor con la capacidad de permitir o no, el paso de

una señal. Sus aplicaciones van desde las más sencillas, como

encender y apagar las luces del hogar, hasta las más complejas

controladas por un computador. Su expresión interna más sencilla,

consiste en dos contactos de metal que pueden ser normalmente

abiertos o normalmente cerrados (ver Figura n° 35), y dependiendo de

esta configuración permiten el paso de dicha señal; mientras que su

expresión externa, puede variar desde pulsadores (ver Figura n° 36),

hasta cualquier cantidad de interruptores (ver Figura n° 37).

63

Figura n° 35 Contacto Normalmente Abierto y Contacto Normalmente Cerrado

Fuente: Autor

Figura n° 36 Pulsadores


Figura n° 37 Interruptores


Microswitch: Este es un sensor activado mediante la fuerza física, y

consiste en empujar una placa metálica, que activa un pulsador, el

cual cerrará el contacto y pasará la señal (ver Figura n° 38). Este

64

sensor es de gran utilidad y se ve cotidianamente en el hogar, en

cosas tan sencillas como el cerrado de una puerta de microondas.

Figura n° 38 Microswitch


Relés: Un relé es un dispositivo de procesamiento digital de señales,

este funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico,

que por medio de un electro imán y una bobina, acciona uno o más

contactos para activar o desactivar un circuito independiente. Existen

tres tipos principales de relés, analógicos, que comparan una señal de

entrada con una señal de referencia; digitales, donde se convierte la

señal de entrada en una onda cuadrada, para evaluarla con una señal

de referencia comparando los ángulos de fase; y por último los relés

numéricos, que por medio de un multiplexor envía la señal de entrada

a un conversor análogo digital, para convertir la señal analógica en un

valor numérico.

65

2.2.2.3 Controladores

Un Controlador o controlador lógico es un sistema de software que

permite la interacción adecuada entre un sistema operativo o programa, con

dispositivos de hardware, es decir, que funciona como traductor entre el

dispositivo y la aplicación que lo usa. Según Creative Commons: “El

controlador es un programa informático que permite al sistema operativo

interactuar con un periférico, haciendo una abstracción del hardware y

proporcionando una interfaz para usarlo.”. (2011).

Los controladores lógicos se clasifican en dos grandes grupos (ver

Diagrama n° 1), los que tienen unidad operativa y los que no la tienen; en la

primera gama se encuentran los controladores combinacionales y los

secuenciales, y en la segunda gama se encuentran los que tienen unidad

lógica y los basados en procesadores.

Diagrama n° 1 Clasificación de los Controladores Lógicos

Fuente: Autor

Controladores Lógicos

Sin Unidad Operativa

Combinacioneles

Cableados

Programables

Secuenciales

Asíncronos

Síncronos

Cableados

Programables

Arquitectura Fija

Arquitectura Configurable

Con Unidad Operativa

Con Unidad Lógica

Basados en Procesador

Autómatas Programables

Microcontroladores

Ordenadores Industriales

66

Para efectos de este trabajo de grado, se tomaran en cuenta, solos los

autómatas programables y los microcontroladores, los cuales serán

desarrollados a continuación.

Controladores Lógicos Programables “PLC”

Un PLC es un equipo electrónico programable en lenguaje no

informático adaptado a las necesidades de la industria, diseñado para

controlar procesos secuenciales en tiempo real. Este controlador tiene como

funciones básicas, la detección, que consiste en la lectura de la señal

distribuida por el sistema; el mando, que reside en elaborar y enviar las

acciones al sistema; y por último la programación, que consiste en introducir

en determinado lenguaje, el proceso que se desea que realice el controlador.

Funcionamiento de un PLC: Según Zubía, I: “Los autómatas

programables, ejecutan correlativamente las instrucciones indicadas

en el programa de usuario almacenado en su memoria, generando

unas ordenes o señales de mando a partir de las señales de entrada

leías, al detectarse, los cambios en las señales, el autómata reacciona

según el programa hasta obtener las ordenes de salida necesarias.”.

(2001). Basándose en esto, se puede decir, que la secuencia general

del autómata programable se puede dividir en tres fases principales

(ver Diagrama n° 2), lectura de las señales de entradas,

procesamiento del programa y escritura de las señales de salida.

67

Diagrama n° 2 Funcionamiento de un PLC

Fuente: Autor

Estructura Externa de un PLC: La estructura externa de un PLC, se

refiere al aspecto físico exterior de este. En la actualidad existen tres

estructuras en el mercado; la estructura compacta (ver Figura n° 39),

la cual se distingue por presentar en un solo bloque, todos los

elementos del PLC, esta estructura tiene potencia limitada, por lo que

se usa principalmente para procesos pequeños; la estructura

semimodular, que se caracteriza por separar las entradas y salidas del

resto de los elementos del PLC y se usa para procesos medianos; y

por último la estructura modular, donde todos y cada uno de los

elementos del PLC se encuentran por separado, esta estructura es

usada para procesos grandes.

Procesamiento del Programa

Escritura de las Señales de Salida

Lectura de las Señales de

Entrada

68

Figura n° 39 PLC de Estructura Compacta

Fuente: Siemens. (2002).

Estructura Interna de un PLC: La estructura interna de un PLC está

conformada por cinco (5) partes esenciales. La primera y más

importante, es el CPU (Unidad de Procesamiento Central), es el

encargado de interpretar las instrucciones del programa de usuario y

consulta el estado de las entradas. El CPU está constituido a su vez

por tres partes, el procesador de memoria, el monitor del sistema y los

circuitos auxiliares. La segunda es la fuente de alimentación, que se

encarga de proporcionar las tensiones que se necesitan para el

funcionamiento de los circuitos. La alimentación del CPU puede ser

continua de 12/24 Vcc o alterna de 110/240 Vca, dependiendo del

modelo de PLC. La tercera parte, son las interfaces, que son los

bloques de entradas y salidas, que permiten conectarse directamente

con los sensores y actuadores, existen tres grupos bien diferenciados

de interfaces, el grupo de entradas y salidas especiales, que no influye

en la variables de estado del proceso de automatización; el grupo de

entrada y salidas inteligentes, que admiten múltiples modos de

configuración; y el grupo de periféricos inteligentes, que son módulos

69

que tienen procesador propio, memoria y puntos auxiliares de entrada

y salida. La cuarta parte de un CPU, es la unidad de programación,

que son los medios de software y hardware mediante los cuales se

introduce la secuencia de instrucciones que constituyen el programa a

ejecutar. Y por quinto y último, se encuentra la memoria, que es donde

el PLC guarda todo lo que necesite para ejecutar el programa de

control, como los datos de proceso y los datos de control. Existen

varios tipos de memoria, entre ellas la memoria RAM, que una

memoria de lectura y escritura; la memoria ROM, que es de solo

lectura y no es reprogramable; y la EPROM que es una memoria de

solo lectura y reprogramable. El PLC tienes dos memorias, la interna y

la externa. Toda memoria interna de un PLC, está compuesta por

varias áreas (ver Figura n° 40), entre ellas, está el área interna (IR),

que es donde se encuentran los registros de entradas y salidas; está

el área especial (SR), que es donde se encuentran los relees de

señalización de funciones particulares, como los temporizadores,

diagnosis y cálculo; también se encuentra el área auxiliar (AR), que

contiene los bits de control e información de los recursos, como los

puertos, los periféricos y los casete de memorias; está el área de

enlace (LR), que se usa para el intercambio de datos; área de

retención (HR), que mantiene el estado actual del PLC en caso de

fallos; área de temporizadores y contadores (TIM/CNT), se encarga de

simular el funcionamiento de estos dispositivos; y por último está el

área de datos (DM), es la memoria de palabra (16 bits) y también es

utilizable para gestión de valores numéricos. La memoria externa o

memoria de programa (ver Figura n° 41), almacena el programa

escrito para su aplicación, este tipo de memoria son siempre de tipo

permanente RAM más batería o EPROM/EEPROM.

70

Figura n° 40 Áreas de la Memoria Interna

Fuente: Curso Básico de Autómatas Programables. (2001).

Figura n° 41 Estructura y Memorias del PLC

Fuente: Curso Básico de Autómatas Programables. (2001).

71

Lenguaje de Programación de un PLC: El controlador lógico

programable, usa un lenguaje gráfico, basado en esquemas eléctricos

de control básico. Según Hernández, C: “Es un lenguaje gráfico,

derivado de relés. Mediante símbolos representa contactos, bobinas,

etc. Su principal ventaja es que los símbolos básicos están

normalizados según el estándar IEC y son empleados por todos los

fabricantes.”. (2003). Este lenguaje está compuesto principalmente por

contactos, que son los elementos que deciden si se activa o no una

salida, son variables lógicas o binarias, que solo toman dos estados

“0” o “1”, existen contactos normalmente abiertos o normalmente

cerrados (ver Figura n° 42) y son usados para indicar una entrada en

el dispositivo; y bobinas (ver Figura n° 43), que son equivalentes a las

salidas, como por ejemplo, lámparas, bobinas de relé, entre otras;

pero también usa otros bloques especiales como los temporizadores,

contadores y operaciones aritméticas, que son funciones lógicas más

complejas y no están normalizadas, aunque guardan una gran

similitud entre fabricantes.

Figura n° 42 Contactos en Lenguaje Escalera

Fuente: Instrumentación y Comunicaciones Industriales. (2003).

72

Figura n° 43 Bobinas en Lenguaje Escalera

Fuente: Instrumentación y Comunicaciones Industriales. (2003).

Propiedades Cualitativas para Seleccionar un PLC: Para

seleccionar un PLC adecuado para el tipo de proceso que se desea

desarrollar y controlar, se deben tener en cuenta ciertas

características, como por ejemplo, la marca del dispositivo, se debe

escoger una marca reconocida, con gran experiencia en la elaboración

de PLC’s, que pueda garantizar el buen funcionamiento del

controlador lógico programable, como Siemens (ver Figura n° 44), y

Allen Bradley (ver Figura n° 45). Modelo, el modelo de PLC a

seleccionar depende de las características cuantitativas que se

necesiten y de la marca escogida. Velocidad de trabajo, dependiendo

de la velocidad de variación que requiere el proceso, se necesitará un

PLC más rápido o con módulos más rápidos. Esto quiere decir, que

para grandes programas, se requieren un tiempo de análisis más

corto, la desventaja de esto, es que mientras más corto es el tiempo

de análisis, más costoso es el controlador lógico programable.

Tensiones de alimentación disponible, si el proceso requiere de una

alimentación específica, el PLC debe poseer varias entradas de

alimentación, para conectar las diferentes tensiones ajustadas y así

poder satisfacer los requerimientos del proceso que se desea

automatizar. Normalmente los PLC trabajan con una alimentación de

5V para las tarjetas, 5.2V para el programador y 24V para los canales

73

de lazo de corriente continua, por lo que cada entrada de alimentación

debe ser convertida a este voltaje. Capacidad de ampliación, el

proyecto tiene una cantidad de entradas y salidas determinadas, pero

siempre está la posibilidad de un cambio, bien sea para agregar o

para quitar entradas y salidas, por esta razón el PLC debe ser capaz

de ampliarse con una cantidad de módulos determinada. Capacidad

de comunicación, consiste en que el PLC sea capaz de comunicarse

con otros controladores en serie y en red, según la necesidad del

proceso, también debe incluir los drivers necesarios para realizar la

conexión. Software, el PLC debe incluir dos software, el primero es el

de programación, para poder realizar el proceso en la computadora y

el segundo es el especializado en el funcionamiento del controlador

lógico programable. Hay que verificar esto, ya que muchos

distribuidores lo venden por separado y a precios muy altos. Respaldo

de la Compañía, la compañía debe garantizar el buen funcionamiento

del PLC, para en caso de falla y mal funcionamiento poder tener la

posibilidad de cambiarlo o que lo reparen, así como ofrecer los

servicios de arreglo y repuestos. Manuales, cada PLC debe traer

consigo un manual de funcionamiento y un manual de programación,

estos deben estar escritos en varios idiomas, pero principalmente en

el idioma de la localidad donde se compró.

Figura n° 44 Logo Siemens

Fuente: Marcas. (2010).

74

Figura n° 45 Logo Allen Bradley

Fuente: Marcas. (2010).

Propiedades Cuantitativas para Seleccionar un PLC: Al igual que

hay que tomar en cuenta los criterios cualitativos para seleccionar un

PLC, existen algunos criterios cuantitativos, como por ejemplo, los

números de entradas y salidas, la cantidad de entradas y salidas que

tenga el controlador lógico programable, debe satisfacer la cantidad de

entradas y salidas requeridas para completar el proceso que se desea

automatizar. Puede ser que tenga la misma cantidad de entradas y

salidas necesarias, o que tenga más de ellas, o capacidad para

ampliación. Capacidad de memoria, la memoria interna del PLC, debe

tener la capacidad necesaria requerida, para el almacenamiento del

proceso completo, es decir desde su comienzo hasta su final, sin

embargo, puede tener capacidad para la ampliación de un módulo de

memoria. Cantidad de programas manejables y ejecutables, Eso

también depende de la memoria del dispositivo, pero este debe ser

capaz de manejar varios programas independientes, que se necesiten

para el proceso, también debe poder manejar estos programas al

mismo tiempo si así lo requiere el proceso. Cantidad de extras, los

extras son los temporizadores, contadores, banderas y registros que

contiene internamente el PLC. Dependiendo de qué cantidad de cada

uno se necesite, se seleccionará el PLC correcto.

75

Microcontroladores

Un microcontrolador es un dispositivo electrónico, en cuyo interior se

encuentran las mismas unidades centrales que posee una computadora, que

son el CPU, la memoria y los periféricos de entradas y salidas. Existen una

gran variedad de microcontroladores, como por ejemplo, ATMEL, con

instrucciones de 8 y 32 bits; Intel, con instrucciones de 16 bits; pero para

efectos de este trabajo de grado, se hablará Microchip, específicamente de

microcontroladores PIC, que según Creative Commons: “son una familia de

microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip Technology Inc. y

derivados del PIC 1650, originalmente desarrollado por la división de

microelectrónica de General Instrument.”. (2011). Este dispositivo fue

desarrollado originalmente para trabajar con la CPU de 16 bits llamada

CP16000, pero tenía malas prestaciones de entradas y salidas, así que se

desarrolló el PIC de 8 bits, lo que mejoró el rendimiento del sistema, ya que

se le quitó al CPU el peso de las entradas y salidas.

Arquitectura Harvard: Esta es la arquitectura usada por lo

microcontroladores PIC, y consiste en que el CPU está conectado a

dos (2) memorias por intermedio de dos (2) buses separados (ver

Figura n° 46). Una de las memorias, es la memoria de programa y es

la que contiene las instrucciones del programa, y la otra es la memoria

de datos, que contiene los datos del programa. Como los buses son

independientes, se puede acceder a los datos para completar una

instrucción y a su vez se puede leer la próxima instrucción a ejecutar.

Este tipo de arquitectura usa microprocesadores RISC, los cuales

poseen instrucciones de tamaño fijo, las cuales son presentadas en un

reducido número de formatos, y solo las instrucciones de carga y

76

almacenamiento acceden a la memoria de datos. Los

microcontroladores PIC 16C5X, 16CXX y 17CXX poseen esta

arquitectura Harvard con una memoria de datos de 8 bits, pero la

memoria de programa, depende del modelo del microcontrolador PIC,

por ejemplo, para el PIC 16C5X, la memoria de programa es de 12

bits, para el PIC 16CXX la memoria es de 14 bits y para el PIC 17CXX

es de 16 bits.

Figura n° 46 Arquitectura Harvard

Fuente: Manual de Microcontroladores PIC. (2005).

Memoria de Datos: Esta memoria está dividida en dos grupos (ver

Figura n° 47), el primer grupo es donde están los registros especiales

y el segundo grupo es donde están los registros generales. El primer

grupo ocupa once (11) posiciones, que van desde 00 a 0B, y

contienen, la palabra de estado, los registros de datos de los puertos

de entrada A, B y C, los 8 bits menos significativos del PC, el contador

de tiempo real (RTCC), y un registro puntero llamado File Select

Register (FSR); y el segundo grupo ocupa desde la posición 08 hasta

la 1F, y se dividen en dos grupos, los registros de posición fija, que

ocupan las primeras ocho (8) posiciones de los registros generales, es

decir, de 08 a 0F; y los bancos de registro, que consiste en bancos de

77

16 registros cada uno, que se encuentran superpuestos en las

direcciones 10 a 1F.

Figura n° 47 Organización de la Memoria de Datos


Memoria de Programa: Está compuesta por secciones o página de

512 posiciones (ver Figura n° 48), las cuales están divididas en dos

partes de 128 posiciones, debido a las limitaciones de

direccionamiento de las instrucciones de salto.

Figura n° 48 Organización de Memoria de Programa


78

Programa Fuente: Está compuesto por una sucesión de líneas de

programas, compuestas por cuatro (4) campos separados por uno o

más espacios, estos espacios son etiqueta, comando, operando y

comentario. La etiqueta se encarga de identificar la línea del

programa, haciendo que el compilador le asigne un valor

automáticamente; el comando puede ser un código mnemónico, el

cual será traducido a código máquina; o una pseudoinstrucción para el

compilador, que realizará alguna acción en el tiempo de compilación;

los operando puede contener varios parámetros separados por comas

(,), pueden ser números o literales, y dependen de las instrucciones o

directivas; por último el campo de los comentarios, estos deben estar

precedidos por un punto y coma (;), son solo para observaciones del

programador, y son ignorados por el compilador.

Conjunto de Instrucciones: Este consiste en un repertorio de 33

instrucciones de 12 bits (ver Figura n° 49), que pueden ser agrupadas

en tres (3) o cinco (5) grupos, estando en primer lugar las

instrucciones que operan con bytes y que involucran registros de la

memoria interna; en segundo lugar están las instrucciones que

trabajan en el registro W y que permiten cargar una constante implícita

o incluida literalmente en la instrucción; en tercer lugar están las

instrucciones que operan sobre bits individuales de la memoria

interna; en cuarto lugar están las instrucciones de control de flujo del

programa; y por último están las funciones especiales.

79

Figura n° 49 Resumen del Conjunto de Instrucciones


Lenguaje de Programación de un Microcontrolador PIC: Los

microcontroladores PIC, pueden ser programados en lenguaje

ensamblador (assembler) o lenguaje compilador (C). El primero es un

lenguaje de programación de bajo nivel, y se usa en computadores,

microprocesadores y microcontroladores. Según Frino, L: “La

programación en este lenguaje puede resultar ardua para un

principiante, pero permite desarrollar programas muy eficientes, ya

que otorga al programador el dominio absoluto del sistema.”. (2004).

Esta programación se basa en una representación simbólica de los

códigos de máquina binarios y otras constantes que son de gran

utilidad para programar una arquitectura dada de CPU. Este lenguaje

está compuesto por tres grupos de instrucciones, el primero son las

instrucciones de operación sobre datos, el segundo grupo son las

instrucciones lógicas y aritméticas, y por último están las instrucciones

80

para control de procesos. El lenguaje compilador, es un sistema de

programación de nivel alto, y según Frino, L: “Permite disminuir el

tiempo de desarrollo de un producto. No obstante, si no se programa

con cuidado, el código resultante puede ser mucho más ineficiente

que el programado en lenguaje ensamblador.”. (2004).

Propiedades Cualitativas para Seleccionar un PIC: Para

seleccionar un microcontrolador PIC, se requiere de ciertas

característica cualitativas, como por ejemplo, el tipo de memoria, las

cuales pueden ser ROM, PROM y EPROM; la cantidad de periféricos,

puertos de entrada y salida, temporizadores, contadores, conversor

análogo-digital, comparadores y modulador de ancho de impulso; y el

lenguaje de programación, que según el PIC seleccionado puede ser

Assembler o C.

Propiedades Cuantitativas para Seleccionar un PIC: Para

seleccionar un microcontrolador PIC se requieren de ciertas

características, que serán estipuladas por el tipo de programa que se

desee desarrollar. Para esto, hay que tener en cuenta, por ejemplo, el

tipo de procesador, que puede ser de 4, 8, 16, y 32 bits; también hay

que tener en cuenta la cantidad de bytes que se requieren de la

memoria RAM para la realización del programa; el consumo, ya que la

alimentación puede ser vital para la activación de una salida.

81

2.2.2.4 Actuadores

Es el dispositivo que recibe la orden de un controlador y da una salida,

la cual es necesaria para activar un elemento final de control. Según

Vildósola, E: “La fuerza que provoca un actuador proviene de tres fuentes

posibles: presión neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica.

Dependiendo del origen de la fuerza, el actuador se denomina “neumático”,

“hidráulico” o “eléctrico”.”. (2006). Los actuadores hidráulicos son empleados

más que todo, cuando se necesita potencia, ya que requieren demasiado

equipo para el suministro de energía, entre ellos están, los cilindros

hidráulicos (ver Figura n° 50) y motores hidráulicos (ver Figura n° 51); los

actuadores neumáticos son utilizados principalmente para posicionamientos,

entre ellos se encuentran, la cremallera (ver Figura n° 52) y los rotativos de

paletas (ver Figura n° 53); y por último los actuadores eléctricos, que son los

activados con energía eléctrica, y los de interés para este trabajo de grado.

Existen una gran variedad de actuadores eléctricos, los cuales se escogen

en función de las necesidades del proyecto que se desea desarrollar y del

sistema a controlar, a continuación de describirán algunos actuadores

eléctricos.

Figura n° 50 Interior de un Cilindro Hidráulico

Fuente: Maquinaria e Instrumentación Industrial: Actuadores neumáticos, eléctricos e hidráulicos. (1998).

82

Figura n° 51 Interior de un Motor Oscilante


Figura n° 52 Cremallera


Figura n° 53 Rotativo de Paletas


83

Motores Eléctricos: Son máquinas rotatorias (ver Figura n° 54), que

se encargan de transformar energía eléctrica, en energía mecánica.

Estos dispositivos eléctricos satisfacen muchas de las necesidades

que pueda tener un sistema, como arrancar, acelerar, mover o frenar

una carga. Son ágiles con respecto a la variación de potencia y

pueden pasar instantáneamente desde una posición de reposo, a su

máxima potencia. Existen una variedad inmensa de motores

eléctricos, que varían en tamaño, desde los pequeños motores de

pecera hasta los grandes motores de locomotoras eléctricas, sin

embargo, se distinguen dos grupos, los motores monofásicos, que

contienen un juego simple de bobinas en el estator, y los motores

polifásicos, que contienen dos o más conjuntos de bobinas. Pero

también, se pueden clasificar los motores según el origen de la

corriente eléctrica, en motores de corriente continua o directa y

motores de corriente alterna, o según su funcionamiento, en motores

de inducción, que no necesita ni escobillas, ni colector; motores

síncronos, que funcionan a una velocidad síncrona fija proporcional a

la frecuencia; y motores de colector. Las partes principales de un

motor eléctrico son (ver Figura n° 55) el eje, es donde se coloca lo que

se desea poner en marcha; la armadura, que sostiene al imán; el

imán, que hace que el eje gire, cuando la corriente pasa por la bobina;

las escobillas y delga, que establecen la conexión eléctrica entre la

parte fija del motor y la giratoria; y la bobina, que es un enrollado de

alambre de cobre a través de un núcleo de hierro; el cojinete, que es

donde se soporta el eje; el rotor, que es la parte giratoria del motor; y

el estator, que es la parte fija.

84

Figura n° 54 Motor Eléctrico

Fuente: La Ciencia es Fácil: Motor Eléctrico. (2009).

Figura n° 55 Partes Internas de un Motor Eléctrico

Fuente: Como Trabaja un Motor Eléctrico. (1992).

Bombas Hidráulicas: Son máquinas generadoras, que se utilizan

para incrementar la presión de un líquido, agregando energía al

sistema hidráulico, para así poder mover el líquido de una zona a otra.

Este tipo de bombas, a diferencia de otras no modifica la densidad del

fluido. El proceso de transformación de energía se hace a través de

85

dos etapas, la primera es aspiración, que al comunicarse energía

mecánica a la bomba, esta comienza a girar, generando una

disminución de presión en la entrada de la bomba, y como el depósito

del líquido está sometido también a la presión atmosférica, se genera

una diferencia de presiones provocando la succión; y la segunda

etapa es la descarga, que es cuando entra el líquido, y la bomba lo

toma para trasladarlo a la salida. Las bombas hidráulicas se pueden

clasificar volumétricamente, que depende de la cantidad de líquido

que la bomba pueda entregar en la salida, en determinado tiempo y a

determinada velocidad y se mide en galones por minuto (gpm); o

pueden clasificarse según su presión.

Indicadores: Son instrumentos que se utilizan para indicar o mostrar

algo. Estos deben ser accesibles, es decir, fáciles de identificar y

recopilar; pertinentes, para lo que se desea medir; fieles, que los datos

que recojan sean fiables; objetivos, no ambiguos en su interpretación;

precisos, para la acción que se requiere estimar; sensibles, que

permiten recoger y estimar variaciones de aquello que son referentes.

Son elementos básicos de las técnicas de control de gestión, y pueden

clasificarse en dos grandes grupos (ver Diagrama n° 3), indicadores

de ejecución, que son los que aluden a resultados de una actividad; e

indicadores de proceso, que aluden a los procesos intermedios de la

actividad.

86

Diagrama n° 3 Clasificación de los Indicadores

Fuente: Autor

Lámparas: Son aparatos que generan luz, y deben cumplir con ciertas

características ópticas, mecánicas y eléctricas, como por ejemplo, que

generan la suficiente cantidad de luz para iluminar determinada área.

Estas se pueden accionar con diferentes combustibles, desde energía

eléctrica, hasta gases y aceites. Pueden ser de llamas o de bombillas,

Indicadores

De Ejecución

De economía N° de recursos

empleados/disponibles

De eficiencia

Valoran los recursos empleados en relación

a los resultados obtenidos

De Eficacia Comparan los

resultados obtenidos con los previstos

De efectividad Valoran el resultado

global con el previsto

De Proceso

Estrategicos Informa qué factores

externos influyen en el proceso de actividad

De estructura Valoran los recursos

disponibles y los necesarios

De proceso

Evalúan como se desarrollan las

actividades internas del proceso de gestión

De resultado Miden los resultados finales del proceso

87

y estas últimas pueden ser incandescentes (luz amarilla) (ver Figura n°

56), o fluorescentes (luz blanca) (ver Figura n° 57).

Figura n° 56 Bombillas Fluorescentes

Fuente: Horizonte Eléctrico. (2007).

Figura n° 57 Bombillas Incandescentes

Fuente: Horizonte Eléctrico. (2007).

2.3 CUADRO DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

Según Betancourt, S: “Una variable es operacionalizada con el fin de

convertir un concepto abstracto en uno empírico, susceptible de ser medido a

través de la aplicación de un instrumento. Dicho proceso tiene su

88

importancia, en la posibilidad de que un investigador poco experimentado

pueda tener la seguridad de no perder o cometer errores que son frecuentes

en un proceso investigativo, cuando no existe relación entre la variable y la

forma en que se decidió medirla, perdiendo así su validez.”. (1995).

Basándose en lo antes expuesto, se procedió a crear el cuadro de

operacionalización de variable (ver Tabla n° 7), del presente trabajo de

grado.

Tabla n° 8 Operacionalización de Variables

Objetivos Variables Dimensiones Indicadores Sub-

Indicadores Fuentes

Técnicas De

Recolección

Definir el método de cultivo de raíz flotante que será utilizado para la aplicación del prototipo a desarrollar

Sistema con placas de anime Sistema NFT Sistema NFT Alternativo Sistema por goteo Sistema en mangas verticales

Tipo de contenedores

Camas de agua

Investigación Documental Investigación de campo

Revisión de manuales Medición de espacios Aplicación de cuestionarios Visita a viveros de cultivos hidropónicos

Tubos PVC

Camas de sustrato

Mangas Verticales

Espacio donde se desea implementar

Exterior

Interior

Invernadero

Extensión del espacio

Metros cuadrados

(m2)

Identificar en función del método seleccionado, las plantas que serán cultivadas

Frutales Hortalizas Tubérculos Aromáticas Ornamentales

Tiempo de germinación

Días (días)

Investigación documental Investigación de campo

Revisión de manuales Cuestionarios Visita a viveros de cultivos hidropónicos

Tiempo de cosecha

Tamaña de la planta

Centímetros (cm)

Tipo de clima

Cálido

Templado

89

Determinar el tiempo de ejecución de los procesos que se desean controlar

Aireación de la solución nutritiva Movimiento de los nutrientes Incidencia de la luz artificial cosecha del cultivo

Tiempo

Minutos por hora

(m/h)


Revisión de manuales Cuestionarios Visita a viveros de cultivos hidropónicos

Horas por día (h/d)

Días (días)

Establecer los sensores y actuadores adecuados para cubrir las variables del método de raíz flotante que se desean controlar en el desarrollo del prototipo

Switch Pulsadores Teclado Sensores de nivel Indicadores Lámparas Bomba de aire Bombas de agua Pantalla LCD Alarma

Protección Activación Indicación Iluminación Ejecución Demostración

Potencia

Watts (W)


Revisión de catálogos Cotización de Productos Observación de especificaciones técnicas

Voltaje Voltios (V)

Corriente Amper (A)

Seleccionar el modelo de PLC adecuado, para controlar las variables del sistema de control propuesto

Logo! 12/24Rc Logo! 230Rc S7-200 Micro800 System

Velocidad de trabajo

Ciclos por segundo

(clicos/s)


Revisión de manuales Observación de catálogos Visita a proveedores

Tensiones de alimentación disponibles

Voltaje (V)

Capacidad de ampliación

Módulos

Capacidad de comunicación

Profibus Punto a punto Ethernet Multipunto

Compatibilidad de software

Windows Linux Mac

90

N° de entradas y salidas

Digitales Analógicas

Capacidad de memoria

Bytes

Cantidad de extras

Temporizadores Contadores Banderas Registro

Precio Bolívares fuertes

(Bs. F)

Elegir el modelo de microcontrolador PIC adecuado, para controla y visualizar el tiempo que requiere el cultivo para ser cosechado

Gama enana Gama baja Gama media Gama alta

Tipo de memoria

ROM PROM EPROM/EEPROM


Revisión de manuales Observación de catálogos Visita a proveedores

Cantidad de periféricos

Puertos E/S Temporizadores Contadores Conversor A/D Puertos de comunicación Comparadores Modulador de ancho de pulso

Tipo de lenguaje

Assembler C+

Tipo de procesador

Bits Bits

Memoria RAM Bytes Bytes

Consumo Potencia Watts (W)

Precio Bolívares fuertes

(Bs. F)

Diseñar y desarrollar el programa de control de aireado, nivel de agua, movimiento de nutrientes

Programa de control

Diseño del programa en lenguaje escalera

Entradas y salidas

Análogas


Revisión de manuales Análisis de simbología Consultas con tutor

Digitales

Extras

Temporizadores

Contadores

Banderas

Registros

91

y luz artificial en lenguaje escalera para el PLC elegido

Desarrollo del programa diseñado

Control de aireado

Minutos por hora (m/h)

Practicas con el programa

Control de nivel de agua

Alto

Bajo

Movimiento de nutrientes


Incidencia de luz artificial

Horas por día (h/día)

Diseñar y desarrollar el programa de control y visualización del tiempo estimado para la cosecha del cultivo, para el microcontrolador PIC elegido

Programa de control y visualización

Diseño del programa

Tipo de instrucciones

Según el lenguaje de programación elegido


Revisión de manuales Análisis de instrucciones Prácticas con el programa

Entradas y salidas

Análogas

Digitales

Desarrollo del programa de control y visualización diseñados

Control del tiempo de cosecha

Días

Teclado

Visualización del tiempo transcurrido

Días

Pantalla LCD

Aviso de tiempo de cosecha finalizado

Alarma

Ejecutar el prototipo de sistema de control diseñado

Sistema de control propuesto

Evaluación de los costos, para el desarrollo del prototipo

Costos en productos agrícolas

Bolívares fuertes (Bs. F)


Revisión de catálogos Cotizaciones Prácticas

Costos en los contenedores

Costos en sensores y actuadores

Costos en dispositivos electrónicos

Tiempo estimado para el montaje del proyecto

Tiempo para comprar los materiales y dispositivos necesarios

Días

Tiempo para el ensamblaje del proyecto

Pruebas finales del prototipo

Aireación de la solución nutritiva



Nivel de agua Alto

Bajo

Incidencia de luz artificial

Horas por día (h/día)

Control y visualización del tiempo estimado para la cosecha

Días

Evaluar la funcionalidad del sistema ejecutado

Funcionalidad Control de variables con PLC

Aireación de la solución

Es funcional Investigación de campo

Evaluación del prototipo


Nivel de agua

Incidencia de luz

92

Control y visualización de variables con microcontrolador PIC

Control de tiempo de cosecha

No es funcional

Visualización de tiempo de cosecha

Aviso de tiempo de cosecha finalizado

Fuente: Autor

2.4 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS

A

Ácidos Fúlvicos: Son parte del complejo de compuestos orgánicos del

suelo, de naturaleza muy particular y distinta a la de cualquier sustancia

vegetal.

Ácidos Húmicos: Son uno de los principales componentes de las sustancia

húmicas, las cuales son los constituyentes principales del humus.

Acuicultura: Es un conjunto de actividades, técnicas y conocimientos de

cultivo de especies acuáticas vegetales y animales.

Agregado Liviano: Es un agregado de baja densidad, tal como, la arcilla

expandida, la piedra pómez o la ceniza fina.

Automatización: Es el uso de sistemas o elementos computarizados para

controlar máquinas y/o procesos industriales, sustituyendo a operadores

humanos.

B

C

93

Compostaje: Es el proceso biológico aeróbico, mediante el cual los micro

organismos actúan rápidamente sobre la materia biodegradable, permitiendo

obtener composta.

D

Desalinización: Es el proceso de eliminar la sal del agua del mar,

obteniendo agua dulce.

Dragar: Es limpiar el fondo de los ríos, puertos y zonas navegables de

arena, piedras y otros materiales.

E

F

G

Glúcidos: Son moléculas orgánicas, compuestas por carbono, hidrógeno y

oxígeno.

H

Hemicelulosa: Es un polisacárido compuesto de diversos tipos de

monosacáridos, que forma parte de la membrana de las células vegetales.

Hidrólisis: Es una reacción ácido-base, entre una sustancia, típicamente

una sal, y el agua.

I

94

J

K

L

Lignina: Es un polímero presente en las paredes celulares de los

organismos del reino Plantae.

M

Mnemónico: Es una palabra que sustituye a un código de operación, con lo

cual resulta más fácil la programación, es de aquí de donde se aplica el

concepto de lenguaje ensamblador.

Monosacáridos: son los glúcidos más sencillos, que no se hidrolizan, es

decir, que no se descompone para dar otros compuestos.

N

Nutricultura: Es la ciencia que estudia los químicos que necesitan las

plantas para poder subsistir, y así poder crear soluciones nutritivas efectivas

y balanceadas.

O

P

Plántula: Es cuando la planta se encuentra en la etapa de desarrollo entre el

estado de reposo y la germinación.

95

Pseudoinstrucción: Instrucción del lenguaje ensamblador que no tiene un

reflejo en una instrucción en lenguaje máquina.

Q

R

S

T

U

V

Vermiculita: Es un mineral formado por silicatos de hierro o magnesio.

W

X

Y

Z

96

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

Según Balestrini, Miriam: “El marco metodológico, está referido al

momento que alude al conjunto de procedimientos lógicos, tecno-

operacionales implícitos en todo proceso de investigación, con el objeto de

ponerlos de manifiesto y sistematizarlos; a propósito de permitir descubrir y

analizar los supuestos del estudio y de reconstruir los datos, a partir de los

conceptos teóricos convencionalmente operacionalizados.”. (1998, p.125).

El enfoque metodológico, que orientó el desarrollo de este proyecto,

se centró en los siguientes aspectos:

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

Palella, Santa y Martins, Feliberto, afirman que: “El tipo de

investigación se refiere a la clase de estudio que se va a realizar. Orientada

sobre la finalidad general del estudio y sobre la manera de recoger la

información o los datos necesarios.”. (2006, p.99).

Partiendo de este punto y de los objetivos que fueron propuestos en

esta investigación; se utilizó el tipo de investigación, denominada Innovación

y Desarrollo Tecnológico, para abordar la problemática expuesta.

97

La innovación y desarrollo tecnológico, son el trabajo sistemático que se vale del conocimiento existente obtenido de la investigación y la experiencia práctica, con el propósito de producir nuevo materiales, productos o dispositivos; instalar nuevos procesos, sistemas o servicios, o de mejorar de forma sustancial aquellos ya instalados o producidos. (Organización de Cooperación y Desarrollo Económico, 1993, p.232)

El desarrollo de un prototipo de sistema de control para cultivos

hidropónicos de raíz flotante en aplicaciones de agricultura familiar urbana,

es un proyecto de innovación y desarrollo tecnológico, ya que está en la

búsqueda constante de mejorar y actualizar los conocimientos científicos y

tecnológicos de tal forma de poderlos aplicar en la actualidad.

Este trabajo de grado, se encuentra dentro de este tipo de

investigación, porque permite desde el punto de vista metodológico:

-Realizar el diagnóstico de un problema específico, capaz de

proporcionar información sobre las características necesarias para la

mejora de un ámbito, en este caso agrícola.

-Presentar una solución de carácter tecnológico que ejecute un

procedimiento que resuelva la problemática antes expuesta.

-Ser implementado en una infraestructura tecnológica que permita el

funcionamiento de este sistema de control.

98

3.2 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

Según Cabrero, Julio y Martínez, Miguel: “El diseño de investigación

constituye el plan general del investigador para obtener respuestas a sus

interrogantes o comprobar la hipótesis de su investigación. El diseño de

investigación desglosa las estrategias básicas que el investigador adopta

para generar información exacta e interpretable.”. (2000, p. 25).

Con bases en lo antes expuesto, se determinó que el diseño de este

proyecto es de campo, que según Arias, Fidias: “Es la combinación de la

investigación documental con la investigación de campo, utilizando la

compresión del conocimiento científico y poniendo en práctica estos

mismos.”. (1999, p.60).

La investigación de campo es la aplicada para comprender y resolver alguna situación, necesidad o problema en un contexto determinado. El investigador trabaja en el ambiente natural en el que conviven las personas y las fuentes consultadas, de las que se obtendrán los datos más relevantes a ser analizados son individuos, grupos y representantes de las organizaciones o comunidades. (Martínez, Elena, 2005, p.152).

El desarrollo de este prototipo es una investigación de campo porque

se trata de resolver una problemática determinada, obteniendo datos de las

personas afectadas en una ambiente específico, también se pone en

práctica lo aprendido en la carrera de Ingeniería Electrónica, probando que

sensores y actuadores son los que se adaptan mejor al proyecto, los

circuitos expertos que hay que utilizar, y los programas de procesamiento,

evaluando mediante ensayo y error, el óptimo funcionamiento de este

99

sistema de control. Este tipo de investigación es aplicada especialmente en

los cuatro (4) últimos objetivos específicos de este proyecto, ya que se tiene

que diseñar, desarrollar, ejecutar y controlar las variables seleccionadas

para el desarrollo de este sistema de control, mientras que en los primeros

seis (6) objetivos específicos se resolvieron, realizando una extensa

investigación teórica y analizando cada una de las partes recolectadas.

3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA

Paella, Santa y Martins, Feliberto afirman que: “La población de una

investigación es el conjunto de unidades de las que se desea obtener

información y sobre las que se van a generar conclusiones. La población

puede ser definida como el conjunto finito o infinito de elementos, personas o

cosas pertinentes a una investigación y que generalmente suele ser

inaccesible”. (2006, p.115).

Para el desarrollo de este proyecto, se usó una población finita, ya

que los elementos en su totalidad son identificables por el investigador,

conformada por dos (2) compañías agricultoras cuyo método de siembra es

la hidroponia, en las áreas cernadas al Distrito Capital y los Altos Mirandinos.

Esta población fue escogida por la cercanía al lugar donde se desarrolla el

proyecto de grado ya que la mayoría de los cultivos hidropónicos se

encuentran en otros estados del país.

La población seleccionada está integrada por los dueños del cultivo

hidropónico, ya que son las más aptas para dar la información necesaria y

requerida acerca de su cultivo. Se usó la técnica de muestreo intencional,

que según Lagares, Paula: “Es el modelo en el que la persona que

100

selecciona la muestra es quien procura que sea representativa, dependiendo

de su intención u opinión, siendo por lo tanto la representatividad subjetiva.”.

(2001, p.20).

Debido a que la población para esta investigación es sumamente

baja, no se requiere la determinación de unidades de muestreo, ya que es

posible la recolección de información sin la necesidad de una muestra de

poblaciones infinitas.

3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Balestrini, Miriam resalta la relevancia de las técnicas e instrumentos

de recolección de datos en el proceso de investigación, cuando señala que:

“Otro importante aspecto a desarrollar en el marco metodológico del

proyecto de investigación, toda vez que se ha delimitado, el tipo de

investigación, su diseño y la población; está relacionado con la definición de

los métodos, instrumentos y técnicas de recolección de la información que

se incorpora a lo largo de todo el proceso de investigación, en función del

problema y de las interrogantes planteadas; así como, de los objetivos que

han sido definidos… Estas técnicas son diversas según el objeto al que se

apliquen y no se excluyen entre sí. Todavía es preciso, por una parte, saber

elegir la más adecuada y, por otra utilizarla convenientemente…”. (1998,

p.125).

Por las características que presenta la población seleccionada, se

escogió como instrumento de recolección de datos, el cuestionario, que

según Chávez, Dennis: “Es un método de recolección de datos, conformado

por un conjunto de preguntas escritas que el investigador administra o aplica

a las personas o unidades de análisis, a fin de obtener información empírica

101

necesaria para determinar los valores o respuestas de las variables motivo

de estudio” (2001, p. 50), y como técnica de instrumentación, se escogió la

observación estructurada, que según Arias, Fidias: “Es aquella que además

de realizarse en correspondencia con unos objetivos, utiliza una guía

diseñada previamente, en la que se especifican los elementos que serán

observados.” (2006, p.70).

La evaluación basada en normas de competencia exige algunos

requisitos a tener en cuenta en el diseño de instrumentos, entre ellos:

validez, confiabilidad y representatividad.

Se escogió la observación (ver Anexos B), porque, según Chávez

Dennis: “… tiene la ventaja de facilitar la obtención de datos lo más próximo

a como estos ocurren en realidad y es una técnica fundamental para

recolectar datos referentes al comportamiento de un fenómeno en un

“tiempo presente”.”. (2001, p.50). Basados en esto, se pudo hacer una

evaluación de la información recopilada del proceder de los sistemas

actuales de hidroponia.

Se escogió el cuestionario (ver Anexos B.1), porque con este

instrumento, se puede obtener información sustentable sobre las variables

que se desean controlar, para así poder plantear respuestas a las

interrogantes propuestas en la investigación.

3.5 PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE INFORMACIÓN

Según Rojas Sean: “Una vez realizada la recogida de datos a través

de las técnicas seleccionadas, comienza una fase esencial para toda

investigación, referida a la clasificación o agrupación de los datos referentes

102

a cada variable objetivo de estudio y su presentación conjunta. El

investigador sigue un procedimiento de cuatro (4) pasos, para analizar y

procesar los datos: validación y edición, codificación, introducción de datos y

por último tabulación y análisis estadísticos.”.” (2009, p.20).

Cumpliendo con estos cuatro pasos, se hizo una validación (ver

Anexos A.3) ante un jurado competente, para verificar que el cuestionario

realizado, cumpliera con la función de recolectar la información necesaria,

para responder las interrogantes planteadas en este trabajo de grado. Luego

la información recolectada fue codificada en función de los objetivos

específicos y sus variables. Por último se analizó estadísticamente dichos

datos.

El patrón básico de análisis de información implementado, constituye

los siguientes pasos: Identificar las preguntas que se quieren responder, las

cuales están especificadas en el Capítulo I, en el subtitulo Interrogantes de la

Investigación; seleccionar la información requerida, en función de las

variables expuestas en el Capítulo II, en el Cuadro de Operacionalización de

Variables; asegurar la calidad de los datos disponibles, por eso se escogió

como población a los dueños de las empresas visitadas, porque son los que

mejor conocen el trabajo, por lo que sus respuestas con fiables y de calidad;

establecer interrelaciones entre los datos, en el momento de desarrollar los

cuestionarios se tomó en cuanta, tanto las variables como las interrogantes,

para poder satisfacer los requerimientos del sistema; interpretar los datos,

para obtener conclusiones generalizadas; y para finalizar formular

recomendaciones, este paso se desarrolla en el Capítulo IV.

En base a esto, se proceso y analizó cada una de las preguntas

realizadas en el cuestionario, obteniendo como resultado las siguientes

tablas y gráficos, los cuales arrojaron determinadas conclusiones:

103

1. ¿Cuántos métodos de cultivo hidropónico hay? Especifique su

respuesta

En función a esta pregunta se creó una tabla (ver tabla nº 9) y un gráfico

(ver Gráfico nº 1), donde se reflejan la cantidad de métodos existentes

para las personas a las cuales se les realizó el cuestionario,

especificando los métodos que ellos conocen.

Tabla n° 9 Métodos de Cultivo Hidropónico

Empresa Métodos Especificaciones

Hidroponias Venezolanas 5 Camas de Agua Camas de Sustrato Recirculación (NFT) Mangas Verticales Sistema por Goteo

Benatural 6 Camas de Agua Camas de Sustrato Recirculación (NFT) Mangas Verticales Sistema por Goteo Método Alternativo

Fuente: Autor

Gráfico nº 1 Métodos de Cultivo Hidropónico

Fuente: Autor

Analizando estos resultados y uniéndolos con la teoría recolectada, se

observo que estos, son los métodos más usados y conocidos en el cultivo

0%20%40%60%80%

100% Camas de Agua

Camas deSustrato

NFT

MangasVerticales

104

hidropónico, pero que pueden surgir una gran variedad de métodos

alternativos, según la imaginación y los requerimientos del agricultor o

cultivador. Para el caso de este trabajo de grado, se seleccionó el método

alternativo, explicado por la compañía Benatural.

2. ¿Qué método practica?

En las visitas realizadas a cada compañía se puedo apreciar los métodos

aplicados por estas, para los diferentes cultivos, y según las respuestas

dadas por la población seleccionada, se obtuvieron los siguientes

resultados (ver Tabla nº 10 y Gráfico nº 2).

Tabla n° 10 Método Practicado

Compañía Método que Practica

Hidroponias Venezolanas NFT Camas de Sustrato Sistema por Goteo Camas de Agua

Benatural Camas de Agua

Fuente: Autor

Gráfico nº 2 Método Practicado

Fuente: Autor

0%

20%

40%

60%

80%

100%

HidroponiasVenezolanas

Benatural

Camas de Sustratos

Sistema por Goteo

Camas de Agua

NFT

105

En función a estos resultados, se realizó un estudio más extenso

sobre los métodos practicados por las compañías, para seleccionar el

método que más se adaptaba a las necesidades del prototipo a desarrollar.

Sin embargo, se escogió un método no practicado por ninguna de estas

compañías actualmente, que es un método alternativo, que cumple con las

funciones y requerimientos del prototipo.

3. ¿Qué tipos de contenedores utiliza?

Para el desarrollo de cultivos hidropónicos, existen una gran variedad de

contenedores, desde cajas y vasos de plásticos, hasta contenedores

realizados por el mis agricultor, pero entre los contenedores más usados

se encuentran, los tubos PVC, camas de plástico, madera o metal,

mangas verticales y mangas horizontales (ver Tabla nº 11 y Gráfico nº 3).

Tabla n° 11 Tipos de Contenedores


Hidroponias Venezolanas Camas (plástico, madera o metal) Placas de anime Tubos PVC

Benatural Camas de madera

Fuente: Autor

Gráfico nº 3 Tipos de Contenedores

Fuente: Autor

0%

20%

40%

60%

80%

100%


Benatural

Camas (plástico,madera o metal)

Tubos PVC

Placas de Anime

106

En función a estos datos y por su practicidad, se decidió trabajar con

tubos PVC, ya que son pequeños y manejables, lo que facilitaría el traslado

del contenedor.

4. ¿En qué lugar tiene los contenedores de las plantas?

Dependiendo del lugar y del cultivo que se desea plantar, el sembradío

puede estar ubicado al aire libre, en un invernadero o en el interior de un

hogar (ver Tabla nº 12 y Gráfico nº 4), esto depende de que tan grande

sea la plantación y que usos se les dará a la misma, si es para

producción industrial o simplemente producción familiar.

Tabla n° 12 Ubicación de los Contenedores


Hidroponias Venezolanas Exterior Interior Invernaderos

Benatural Invernadero

Fuente: Autor

Gráfico nº 4 Ubicación de los Contenedores

Fuente: Autor

0%

20%

40%

60%

80%

100%


Benatural

Exterior

Interior

Invernaderos

107

Analizando estos resultados, se observo que es posible, cultivar

plantas en el interior de un hogar, usando luz artificial, por lo que, para el

desarrollo de este prototipo se hizo un contenedor, que sostendría los tubos

PVC y su fuente de luz, seria netamente artificial.

5. ¿Qué tipos de Plantas Cultiva? Especifique

Existen una variedad muy extensa de plantas, desde las más pequeñas,

como el forraje, hasta las más grandes como los sauces, la mayoría de

estas, son completamente cultivables por medio de métodos

hidropónicos; mediante el cuestionario realizado, se pudo obtener

información sobre las plantas cultivadas en dichas compañías (ver Tabla

nº 13 y Gráfico nº 5), para así tener una día, de que plantas era más

factible usar para el desarrollo de este proyecto.

Tabla n° 13 Tipos de Plantas Cultivadas


Hidroponias Venezolanas Alfalfa Berro Grano Chino Tomate Manzano Lechuga Cebollín Rúgula Maíz Dulce Radicchio

Benatural Berro

Fuente: Autor

108

Gráfico nº 5 Tipos de Plantas Cultivadas

Fuente: Autor

Analizando los resultados, se observo, que hay una variedad de

plantas que son más factibles de dar en climas templados que otras, por lo

que se procedió a seleccionar la lechuga, la acelga y el cilantro, como las

plantas a cultivar en el desarrollo de este proyecto, además de que son las

plantas que crecen con mayor velocidad.

6. ¿Qué procesos se deben controlar durante el desarrollo de la

planta? Especifique cada cuanto tiempo

Para el correcto desarrollo de una planta, que se cultiva mediante la

hidroponia, se requieren de ciertos procesos (ver Tabla nº 14 y Gráfico nº

6), para suplir los procesos naturales que les brindaba la siembre en

tierra. Dentro de estos procesos se encuentran la aireación de la solución,

el movimiento de los nutrientes, la incidencia de luz, y el tiempo de

cosecha.

0%

20%

40%

60%

80%

100%


Benatural

Alfalfa

Berro

Grano Chino

Tomate Manzano

Lechuga

Cebollín

Rúgula

Maíz Dulce

109

Tabla n° 14 Procesos a Controlar

Procesos Tiempo Min

Aireación de la Solución 15

Movimiento de Nutrientes 15

Incidencia de Luz 720 aproximadamente

Fuente: Autor

Gráfico nº 6 Procesos a Controlar

Fuente: Autor

En función a esto, se determinó cada cuanto tiempo se encendería la

bomba del aire ubicada dentro del tanque de la solución, la cual se activaría

cada dos (2) horas y media, durante quince (15) minutos; en el caso del

movimiento de nutrientes, se realizó con sensores de líquido, en función de

los cuales se activarían o desactivarían las bombas de agua, que generarían

dicho movimiento; y por último en el caso de la incidencia de la luz, cada

planta requiere de un tiempo determinado de exposición a la luz, siendo el

caso de la lechuga y la acelga, de doce (12) horas y para el cilantro catorce

(14) horas.

7. Indique en días, el tiempo estimado de gestación, según las plantas

que cultiva

Cada planta tiene un tiempo determinado para cada una de sus fases,

que en general son, germinación y cosecha, pero en el caso de la

-

200

400

600

800

1.000

Lechuga Acelga Cilantro

Aireación de laSolución

Movimiento deNutrientes

Incidencia de Luz

110

hidroponia y dependiendo del método que se esté utilizando, es necesario

hacer dos trasplantes, los cuales se hacen a determinado tiempo según la

planta (ver Tabla nº 15 y Gráfico nº 7).

Tabla n° 15 Tiempo de Gestación

Planta Germinación 1er Trasplante

2do Trasplante

Cosecha

Alfalfa 10 28 40 75

Berro 6 17 28 60

Grano Chino 10 28 40 75

Tomate Manzano 6 20 35 65

Lechuga 3 21 30 50

Cebollín 10 20 33 55

Rúgula 5 23 32 55

Maíz Dulce 10 25 35 70

Radicchio 10 20 33 55

Fuente: Autor

Gráfico nº 7 Tiempo de Gestación

Fuente: Autor

Una vez analizado esto, se escogieron como plantas, la lechuga, la

acelga y el cilantro, que son plantas que se dan en climas templados y en

cortos plazos, ideales para la demostración del prototipo en desarrollo.

0

20

40

60

80

Alf

alfa

Be

rro

Gra

no

Ch

ino

Tomate…

Lech

uga

Ce

bo

llín

Rú

gula

Maí

z D

ulc

e

Rad

icch

io

Germinación

1er Trasplante

2do Trasplante

Cosecha

111

8. Indique en centímetros (cm), el tamaño estimado para la planta,

según su proceso de desarrollo.

Cada planta, en determinada etapa tiene un tamaño diferente, y esto se

debe a su proceso de desarrollo (ver Tabla nº 16 y Gráfico nº 8), a

medida que van pasando los días la planta se extiende en longitud y

volumen, hasta que llega a su tamaño indicado para ser cosechada.

Tabla n° 16 Tamaño de las Plantas

Planta Germinación 1er Trasplante

2do Trasplante

Cosecha

Alfalfa 5 7 10 15

Berro 5 10 15 20

Grano Chino 5 7 10 15

Tomate Manzano 10 30 45 60

Lechuga 10 15 20 30

Cebollín 15 25 40 50

Rúgula 10 15 20 30

Maíz Dulce 15 30 45 60

Radicchio 10 15 20 30

Fuente: Autor

Gráfico nº 8 Tamaño de las Plantas

Fuente: Autor

0

10

20

30

40

50

60

Germinación

1er Trasplante

2do Trasplante

Cosecha

112

Como el contenedor realizado para el prototipo tiene un tamaño

flexible, para poder ser trasladado con comodidad y eficiencia, se requieren

plantas con una tamaño específico que entren dentro de este contenedor,

por esta otra razón se seleccionaron la lechuga, la acelga y el cilantro, que a

la hora de la cosecha alcanzan un tamaño de treinta (30) centímetros.

9. Según la planta que cultiva, rellene el siguiente cuadro. (ver Tabla nº

17 y Gráfico nº 9)

Tabla n° 17 Luz para las Plantas

Planta Luz

Incandescente Luz

Fluorescente Luz

Solar Luz

Combinada

Tiempo de Exposición

(horas)

Potencia x m

2

(watts)

Alfalfa X 12

Berro X 12

Grano Chino

X 12

Tomate Manzano

X 12

Lechuga X 12

Cebollín X 12

Rúgula X 12

Maíz Dulce

X 12

Radicchio X 12

Fuente: Autor

113

Gráfico nº 9 Luz para las Plantas

Fuente: Autor

0

2

4

6

8

10

12

Luz Incandescente

Luz Fluorescente

Luz Solar

Luz Combinada

114

CAPÍTULO IV

SISTEMA PROPUESTO

En este capítulo se despliegan aquellas actividades sistemáticas que

se ejecutaron en el transcurso del desarrollo de este prototipo de sistema de

control para cultivos hidropónicos, con el fin de cumplir con los objetivos

expuestos en el Capítulo I y que en consecuencia permitieron desarrollar

este trabajo de grado, exponiendo los procedimientos y técnicas,

implementadas para resolver la problemática planteada.

Para cumplir con los objetivos específicos, este proyecto de grado se

desarrollo en dos etapas, la primera es la etapa teórica y de recolección de

datos, cuya finalidad fue dar respuesta a las primeras seis (6) interrogantes

de la investigación, logrando así el cumplimiento de los seis (6) primeros

objetivos específicos.

Siendo así, se procede a desarrollar el cada objetivo:

4.1 DEFINIR EL MÉTODO DE CULTIVO DE RAÍZ FLOTANTE QUE SERÁ

UTILIZADO PARA LA APLICACIÓN DEL PROTOTIPO A DESARROLLAR.

Una vez estudiados y analizados los métodos de cultivo hidropónico

de raíz Flotante, y según las respuestas dadas en el instrumento de

recolección de datos (ver Tabla n° 9), se escogió un método de raíz flotante

115

alternativo, usando tubos PVC, donde la planta se siembra directamente en

el tubo PVC definitivo, para que cumpla todo su proceso de desarrollo, en

este, sin necesidad de realizar los trasplantes.

Este método consiste en agujerar los tubos PVC en este caso de tres

pulgadas (3”) y 75 cm de largo (ver Figura n° 58), a determinada distancia

(en este caso a 12 cm aproximadamente), luego en estos agujeros se

introdujeron pequeños vasos de plástico agujerados en el fondo (ver Figura

n° 59), con el fin de que las raíces de las plantas salgan por ese agujero y a

demás entre la solución nutritiva; estos vasos son rellenados en tres cuartas

partes (3/4) de un sustrato liviano, específicamente arcilla expandida (ver

Figura n° 60), y una cuarta parte (1/4) con un sustrato combinado (ver Figura

n° 61 y Tabla n° 18). Luego en esta pequeña capa de sustrato se colocaron

las semillas, y por medio de mangueras y bombas de agua conectadas a los

tubos PVC se hará recircular la solución nutritiva, desde un tanque hasta

cada uno de los tubos, por separado. Estos tubos tienen una pequeña

inclinación para facilitar el drenaje por medio de gravedad.

Figura n° 58 Tubos PVC Perforados

Fuente: Autor

116

Figura n° 59 Vaso Perforado

Fuente: Autor

Figura n° 60 3/4 de Arcilla Expandida

Fuente: Autor

Figura n° 61 1/4 de Sustrato Combinado

Fuente: Autor

117

Tabla n° 18 Composición del Sustrato Combinado

Sustancia Cantidad (%)

Nitrógeno Total (N) 0,04%

Fósforo (P2O5) 1,52%

Potasio (K2O) 0,08%

Magnesio (Mg) 0,13%

Calcio (Ca) 0,94%

Fuente: Autor

Los tubos PVC fueron colocados en un contenedor de madera HDF de

1,5 cm de espesor, con una altura de 75 cm, una profundidad de 80 cm y un

largo de 120 cm (ver Figura n° 61), elaborado con cuatro (4) divisiones a 28,8

cm cada una, de las cuales tres son para colocar los tubos PVC con su

iluminación y una para colocar los dispositivos electrónicos como el PLC y el

PIC. Este contenedor estará ubicado en el exterior, en un área de tres metros

cuadrados (3 m2).

Figura n° 62 Contenedor de Madera HDF

Fuente: Autor

Se escogió este método de cultivo hidropónico, debido a su

practicidad, ya que se pueden cultivar diferentes tipos de plantas en un

118

espacio reducido y sin la necesidad de hacer trasplantes. Los tubos PVC son

de pequeña magnitud, por lo que se logró hacer un contenedor

medianamente pequeño, a diferencia del cultivo con placas de anime en

camas de agua, que requieren una mayor área de trabajo y solo se puede

producir un cultivo por cama de agua, lo que lo hace menos ventajoso.

4.2 IDENTIFICAR EN FUNCIÓN DEL MÉTODO SELECCIONADO, LAS

PLANTAS QUE SERÁN CULTIVADAS

Existen una gran variedad de plantas, y la mayoría de ellas pueden

ser cultivadas en hidroponía, unas en sustrato sólido y otras en raíz flotante.

Pero según la información recolectada (ver Tabla n° 15) con los cuestionarios

hechos en la compañía Hidroponias Venezolanas y Benatural, se llegó a la

conclusión de sembrar Lechuga Romana, Acelga y Cilantro, que son cultivos

que se dan fácilmente en el tipo de método seleccionado, además germinan

y se cosechan en corto tiempo, no son de gran tamaño y son de este tipo de

clima.

La empresa Benatural, queda ubicada en La Unión, sector Corralito,

Finca Nueva Esparta, municipio El Hatillo, es una empresa especialista en

berro hidropónico (ver Figura n° 63) el cual se cultiva en camas de agua (ver

Figura n° 64), es una empresa familiar fundada en 1998, y es uno de los

proveedores de grandes automercados. Mientras que Hidroponias

Venezolanas, es una empresa fundada en 1972, y es la primera empresa

que utilizó la hidroponia en Venezuela, ofreciendo productos de alta calidad,

dentro de los cuales se encuentran la lechuga, el tomate, la alfalfa, el grano

chino, la rúcula, el maíz y el cebollín.

119

Figura n° 63 Cultivo Hidropónico de Berro

Fuente: Autor

Figura n° 64 Contenedores de Berros Hidropónicos

Fuente: Autor

4.2.1 Lechuga Romana

Es una variedad de lechuga, pero de hojas más largas y robustas, es

bastante resistente al calor, a diferencia de otras. Su germinación en cultivo

hidropónico tarda entre 3 y 4 días, es una planta que puede ser cultivada

120

tanto en raíz flotante como en sustrato sólido. Se escogió este tipo de planta,

por ser muy adaptables, de rápida germinación y cosecha, muy permisibles

con respecto al clima y de tamaño pequeño. La marca de las semillas

compradas es Votre Jardín, y según sus especificaciones, esta lechuga es

una variedad precoz de verano y otoño, bastante resistente al calor, que

produce un corazón alargado con punta redondeada, de color verde rubio, y

con hojas crujientes y gruesas.

4.2.2 Acelga

Se caracteriza por tener un follaje verde y frondoso, de hojas anchas y

encrespadas. Esta es una planta de climas templados, pero que se adapta

muy bien a diferentes condiciones ambientales, siempre y cuando no sean

extremas. Para su siembra, se pueden colocar dos semillas por vasos, y

cuando germinen, se desecha una de las plántulas para que la otra crezca

sin inconvenientes. Su germinación es entre 6 y 7 días después de la

siembra, y su cosecha es de 35 a 40 días.

4.2.3 Cilantro

Es una planta de climas templados, cuya germinación tarda entre

cuatro (4) días, y su cosecha se da en 45 días, requiere de mucha

iluminación y su altura aproximada es de 30 cm. Se escogió esta planta,

porque también es de clima templado y es relativamente rápido de cosechar.

121

Se escogieron puras plantas de hojas verdes, ya que son más

factibles para el tipo de método seleccionado, dan largas raíces, lo que

facilita su riego por medio de recirculación, no son plantas pesadas y ellas

mismas pueden soportar sus hojas sin necesidad de soportes.

4.3 DETERMINAR EL TIEMPO DE EJECUCIÓN DE LOS PROCESOS QUE

SE DESEAN CONTROLAR

Según el cuestionario desarrollado, los procedimientos de más

importancia son la aireación de la solución nutritiva y el movimiento de los

nutrientes. Sin embargo, para el desarrollo de este proyecto de grado,

también se tomó la incidencia de luz artificial y el control del tiempo para la

cosecha de las plantas.

4.3.1 Aireación de la Solución Nutritiva

Consiste en airear la solución que se encuentra en el tanque

contenedor, con el fin de evitar que la solución nutritiva pierda su

oxigenación, ya que el contenedor es cerrado, y así evitar que se produzcan

hongos u otros organismos. Este proceso se debe hacer por lo menos 10

veces al día durante 15 minutos. Lo que lleva a que cada 2,4 horas se debe

realizar el proceso de aireación, ya que si el día tiene 24 horas, es decir,

1440 minutos, y se necesita realizar 10 veces al día, se divide:

122

Para fines de este proyecto, el proceso de aireación se hará con una

bomba de aire, que a la vez es un filtro, ubicado en el fondo del contenedor

de la solución.

4.3.2 Movimiento de Nutrientes

Consiste en mover los nutrientes, para evitar la estanqueidad de la

solución, y así no permitir la producción de moho u otros hongos. Este se

hace en un tiempo de preferencia, pero para el caso de este proyecto de

grado se hará en el tiempo que dure el tubo PVC en llegar a su nivel bajo, es

decir, cada vez que la solución llegue al nivel bajo del tubo, se encenderá

una bomba de agua ubicada en el tanque de la solución, lo que impulsará la

solución nuevamente al tubo PVC, generando movimiento en la misma.

4.3.3 Incidencia de la Luz Artificial

Consiste en la cantidad necesaria de luz que requiera cada planta,

esta será medida en horas por día, y según los resultados obtenidos con el

instrumento de recolección de datos (ver Tabla n° 17), la lechuga y la acelga

requieren entre 10 a 12 horas de luz; mientras que el cilantro requiere de 12

a 14 horas de luz. Cuando es luz artificial, se usa luz fluorescente de baja

potencia entre 15 y 40 watts, ya que la luz incandescente tiende a generar

mucho calor y consumir mucha energía. La administración de esta luz, se

hará por medio de bombillos fluorescentes de 15 watts.

123

4.3.4 Control de Tiempo de Cosecha

Se refiere al tiempo en el que la planta puede ser cosechada, y según

como se expuso anteriormente, la lechuga se cosecha de 17 a 23 días, la

acelga de 35 a 40 días y el cilantro a los 45 días. Este proceso se controlará

con un microcontrolador PIC y un teclado numérico.

4.4 ESTABLECER LOS SENSORES Y ACTUADORES ADECUADOS

PARA CUBRIR LAS VARIABLES DEL MÉTODO DE RAÍZ FLOTANTE

QUE SE DESEAN CONTROLAR EN EL DESARROLLO DE ESTE

PROTOTIPO

Para el desarrollo de este proyecto, se ameritó de ciertos sensores y

actuadores, que conjuntamente con los controladores, logran el

funcionamiento correcto del prototipo. Entre los sensores se encuentran un

switch de seguridad, dos pulsadores, uno de encendido y otro de

emergencia, un teclado y los sensores de nivel. Por otro lado, entre los

actuadores, están, los indicadores, las bombas de agua y de aire, las

lámparas y la alarma.

4.4.1 Switch de Seguridad

Es un interruptor Magnetotérmico de protección (ver Figura n° 65), con

la finalidad de interrumpir la corriente eléctrica, en caso de que un circuito

sobre pase, la corriente máxima; su funcionamiento se base en el efecto

124

Joule y consta de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica. Es de

la marca Schneider y aguanta hasta 4 amperios.

Figura n° 65 Interruptor Magnetotérmico

Fuente: Autor

4.4.2 Pulsadores

Para efectos del desarrollo de este sistema de control, se requirieron

dos pulsadores, el primero (HS 001) de color verde y de contacto

normalmente abierto (ver Figura n° 66), cuya finalidad es dar el encendido al

sistema de control; y el segundo (HS 002) es tipo hongo de color rojo y de

contacto normalmente cerrado (ver Figura n° 67) y es un pulsador de parada

de emergencia, en caso de que valga la redundancia haya una emergencia.

Ambos pulsadores son la marca Schneider y trabajan con varios voltajes,

desde 12/24Vdc hasta 110/240Vac.

125

Figura n° 66 Pulsador Verde de Encendido

Fuente: Autor

Figura n° 67 Pulsador de Parada de Emergencia

Fuente: Autor

4.4.3 Teclado Numérico

Es un conjunto de teclas que hace referencia a los números, y en este

caso será usado para introducir al PIC la cantidad de días que se requieren

para la cosecha de cada planta, lo cual luego se verá reflejado en un

actuador.

4.4.4 Sensores de Nivel

Consiste en una sonda de plástico con una varilla de metal interna, la

cual al entrar en contacto con el líquido envía una señal, a través de un

126

cable, conectado a las entradas del PLC. El sensor de nivel alto (LSH 00X)

(ver Figura n° 68), consiste en colocar la sonda dentro del tubo PVC a una

altura de 5,5 cm del piso del tubo, para que cuando el tubo PVC llegue a su

nivel máximo, toque la varilla de metal, lo que hará que el contacto cambie

de lugar, de normalmente abierto, a normalmente cerrado, permitiendo la

entrada al PLC. Con respecto al nivel bajo (LSL 00X) (ver Figura n° 69),

consiste en el mismo mecanismo, con la diferencia de que la sonda se

encuentra a una distancia de un centímetro (1cm) del piso del tubo PVC, de

modo que la sonda estará permanentemente cerrada, hasta que la solución

en el tubo llegue al nivel mínimo, cuando el líquido deje de tocar la varilla de

metal, haciendo que cambien los contactos, de normalmente cerrado (NC) a

normalmente abierto (NO), permitiendo la entrada al PLC. Se colocaron tres

(3) sensores de nivel alto, uno para cada tubo PVC y cuatro (4) sensores de

nivel bajo, uno para cada tubo PVC y otro para el nivel bajo del tanque de la

solución nutritiva.

Figura n° 68 Sensor de Nivel Alto

Fuente: Autor

127

Figura n° 69 Sensor de Nivel Bajo

Fuente: Autor

4.4.5 Indicadores

Para efectos de este proyecto se usaron seis (6) indicadores (N),

cuatro indicadores verdes y dos indicadores rojos (ver Figura n° 70).

Figura n° 70 Tablero de Indicadores

Fuente: Autor

128

Indicador de Encendido NHS 001

Este indicador (ver Figura n° 71), tiene la funcionalidad de mostrar que

todo el sistema está en funcionamiento, trabaja con 24V y está directamente

conectado a la salida Q1 del CPU del banco del PLC y a la bornera de 0V.

Este indicador se enciende cuando se presiona el pulsador de encendido

(HS 001).

Figura n° 71 Indicador de Encendido NHS 001

Fuente: Autor

Indicador de Parada de Emergencia NHS 002

El indicador NHS 002 (ver Figura n° 72), tiene la finalidad de indicar

cuándo hay una parada de emergencia, es decir, cuando el pulsador de

emergencia (HS 002) es accionado. Este está conectado directamente a la

salida Q2 del CPU del banco del PLC y a la bornera de 0V.

129

Figura n° 72 Indicador de Parada de Emergencia NHS 002

Fuente: Autor

Indicador de Nivel Bajo del Tanque NLSL 001

Este indicador (ver Figura n° 73), Consiste en indicar cuando el nivel

del tanque donde se encuentra la solución nutritiva, tiene el nivel bajo, es

decir, que está por debajo de límite permitido, este está conectado

directamente a la salida Q2 del módulo 1 del banco del PLC, y a la bornera

de 0V.

Figura n° 73 Indicador de Nivel Bajo del Tanque NLSL 001

Fuente: Autor

130

Indicadores de Accionamiento de las Bombas de Agua

Consisten en indicar cuando la bomba de agua de alguno de los tubos

PVC ha sido encendida (ver Figura n° 74), por ejemplo, el indicador NP. 002,

muestra que la bomba P.002, que va dirigida del tanque de la solución al

tubo PVC A, está encendida. Lo mismo sucede con la bomba P.003 y P.004,

que al activarse se encienden los indicadores NP.003 y NP.004

respectivamente. Estos indicadores están conectados a un banco de relés,

para que se activen con 110V, junto con las bombas y a la bornera de neutro.

Figura n° 74 Indicadores de Accionamiento de las Bombas de Agua

Fuente: Autor

Bombas

En el desarrollo de este proyecto, existen dos tipos de bombas, la

primera es una bomba de aire (P.001), cuya función es airear la solución

nutritiva, esta estará ubicada dentro del tanque, y se accionará cada 2,4

horas, por 15 minutos. Está conectada al banco de relés y a la bornera de

neutro. Es una bomba filtro, marca Dolphin (ver Figura n° 75), modelo F-800,

trabaja a 110V/60Hz y consume 6W, y tiene un caudal de 300 L/H (litros por

hora). La segunda, son tres bombas de agua, una para cada tuvo PVC, es

131

decir, PVC A, PVC B y PVC C, con las bombas P.002, P.003 y P.004

respectivamente, su función es suministrar la solución nutritiva a los tubos, y

se activan, cada vez que el sensor de nivel bajo del tubo PVC

correspondiente (LSL 00X) se active. Están conectadas al banco de relés y a

las borneras de neutro. Son bombas marca Boyu (ver Figura n° 76), modelo

SP-700, trabaja a 110/220V, con una frecuencia de 60/50Hz y tiene un

caudal de 230 L/H (litros por hora).

Figura n° 75 Bomba de Aire

Fuente: Autor

Figura n° 76 Bombas de Agua

Fuente: Autor

132

Lámparas

Consiste en tres conexiones en serie, de tres bombillos cada una (ver

Figura n° 77). Cada conexión se encarga de suplir de luz artificial a las

plantas; estas están ubicadas en cada una de las divisiones del contenedor.

Constan de tres bombillos de luz fluorescente (luz blanca) de 20 watts. Están

conectadas al banco de relés y a las borneras de neutro. Se activan al

encender el prototipo, según el requerimiento de las plantas, es decir a las 12

horas para la lechuga y la acelga, y durarán encendidas 12 horas; y a las 10

horas para el cilantro, y durarán encendidas 14 horas.

Figura n° 77 Lámparas

Fuente: Autor

Alarma

Consiste en una corneta, que controlada por el microcontrolador PIC,

indicará mediante la emisión de un sonido que el cultivo está listo para ser

cosechado. Esto ocurrirá, cuando el tiempo que corre en cuanta regresiva en

la pantalla LCD llegue a cero.

133

Pantalla LDC

Consiste en una pantalla LDC de 16 x 2, controlada con el PIC, en la

cual se mostrará el cultivo y el tiempo que falta para su cosecha. Esto se

logra mediante rutinas, programadas en lenguaje assembler.

4.5 SELECCIONAR EL MODELO DE PLC ADECUADO, PARA

CONTROLAR LAS VARIABLES DEL SISTEMA DE CONTROL

PROPUESTO

Con el estudio de las propiedades cualitativas y cuantitativas, que se

necesitaban para el desarrollo de este proyecto, se logró seleccionar de

entre varios modelos de PLC de diferentes marcas, el PLC correcto, para que

cumpliera con los requisitos necesarios de este sistema de control.

Con respecto a las propiedades cualitativas, este proyecto de trabajo

de grado necesita, de una velocidad de trabajo moderada, ya que la

activación o desactivación de las bombas tiene que ser rápido, para evitar

que se quemen, por eso la lectura del programa debe ser rápida; la tención

de alimentación de varios de los dispositivos, como las bombas y las luces,

es de 110V, pero otros dispositivos como los indicadores necesitan de 24V

por lo que se necesitan este tipo de tensiones; debido a la cantidad de

entradas y salidas; se requiere que el PLC seleccionado se ampliable; que la

comunicación se haga por medio de un cable de puerto USB; y que el

software sea compatible con Windows Vista.

Con respecto a las propiedades cuantitativas, se requiere de nueve (9)

entradas digitales y trece (13) salidas de relé; también se requiere de 4

134

temporizadores; a demás de que se encuentre en un precio accesible para

los integrantes de este trabajo de grado.

Por esta razón se seleccionó el PLC LOGO! 12/24RC, de la marca

Siemens, conjuntamente con tres (3) módulos de ampliación DM8 12/24R

(ver Figura n° 78), cuyas especificaciones técnicas se encuentra en la

siguiente imagen (ver Figura n° 79 y 80) y una fuente de poder LOGO!

Power de cuatro amperes (4A). Se escogió esta fuente, por el consumo de

todos los dispositivos (ver Tabla n° 19).

Figura n° 78 Banco de PLC

Fuente: Autor

135

Figura n° 79 Especificaciones Técnicas del LOGO! 12/24RC y los Módulos de Expansión DM8 12/24R

Fuente: Autor

136

Figura n° 80 Especificaciones Técnicas del LOGO! 12/24RC y los Módulos de Expansión DM8 12/24R...Continuación

Fuente: Autor

Tabla n° 19 Tabla de Consumo

Dispositivo Voltaje (V) Potencia (W) Corriente (I)

Bomba de Aire (P.001)

110 5 0,04

Bomba de Agua 110 5 0,04

137

(P.002)

Bomba de Agua (P.003)

110 5 0,04

Bomba de Agua (P.004)

110 5 0,04

Indicador (NHS 001) 24 0,21 0,008

Indicador (NHS 002) 24 0,21 0,008

Indicador (NLSLT) 24 0,21 0,008

Indicador (NP.002) 110 1 0,009

Indicador (NP.003) 110 1 0,009

Indicador (NP.004) 110 1 0,009

Lámpara A 110 45 0,8

Lámpara B 110 45 0,8

Lámpara C 110 45 0,8

LOGO! 12/24RC 24 1 0,04

DM8 12/24R Módulo 1

24 0,4 0,02


24 0,4 0,02


24 0,4 0,02

2,7

Fuente: Autor

4.5.1 Software de Programación

El software de programación de este modelo de PLC es LOGO!Soft

Comfort V6.1 (ver Figura n° 81), que es un software basado en programación

en lenguaje escalera; es compatible con casi todos los sistema operativos y

tiene un entorno gráfico amigable y entendible (ver Figura n° 82). Se puede

programar en dos ventanas, la primera es en diagrama de funciones, donde

la simbología se representa en bloques; y la segunda es en esquema de

contactos, donde la simbología se representa en contactos. Con respecto a

las funciones de programación, consta de dos grandes grupos para el

esquema de contactos, en donde en el primer grupo llamado constantes (ver

Figura n° 83), se encuentran las entradas (contactos) y salidas (bobinas)

necesarias para realizar la programación; y en el segundo grupo se

138

encuentran las funciones especiales, como los temporizadores, contadores,

analógicos y otros (ver Figura n° 84). Mientras que el diagrama de funciones

consta de tres grupos, el primero es el grupos de constantes (ver Figura n°

85); el segundo es el grupos de funciones básicas (ver Figura n° 86); y por

último el grupo de funciones especiales (ver Figura n° 87).

Figura n° 81 LOGO!Soft Comfort V6.1

Fuente: Autor

Figura n° 82 Entorno Gráfico

Fuente: Autor

139

Figura n° 83 Constantes en Esquema de Contactos

Fuente: Autor

Figura n° 84 Funciones Especiales en Esquema de Contactos

Fuente: Autor

140

Figura n° 85 Constantes en Diagrama de Funciones

Fuente: Autor

Figura n° 86 Funciones Básicas en Diagrama de Funciones

Fuente: Autor

Figura n° 87 Funciones Especiales en Diagrama de Funciones

Fuente: Autor

141

4.6 ELEGIR EL MODELO DE MICROCONTROLADOR PIC ADECUADO,

PARA CONTROLAR Y VISUALIZAR EL TIEMPO QUE REQUIERE EL

CULTIVO PARA SER COSECHADO

Los microcontroladores PIC, poseen cuatro (4) familias, cuya

diferencia radica en el número de instrucciones y su longitud; el número de

puertos y sus funciones; la complejidad de programación; y el número de

aplicaciones. Estas familias se clasifican en microcontroladores de gama

enana, que cuenta con ocho (8) patillas, se alimentan entre 2,5V y 5,5V, y su

formato de instrucciones puede ser de 12 a 14 bits, con un repertorio de 33 o

35 instrucciones respectivamente y su modelo es PIC12CXXX; la gama baja,

corresponde a la familia PIC16C5XX, son una serie de recursos limitados,

con instrucciones de 12 bits, pueden venir con 18 o 28 paticas, y se

alimentan a partir de 2,5V, tienen un repertorio de 33 instrucciones y no

admiten ningún tipo de interrupción; gama mediana, se refiere a la familia

PIC16CXXX con instrucciones de 14 bits, abarca a los modelos desde 18 a

68 paticas, y es la más variada y completa familia de PIC, tiene un repertorio

de 35 instrucciones y dispone de interrupciones; por último se encuentra la

gama alta, con instrucciones de 16 bits y con un repertorio de 58

instrucciones, dispone de un sistema de gestión de instrucciones muy

potente.

Con estos conocimientos y tomando en cuenta los criterios cualitativos

y cuantitativos requeridos por este trabajo de grado, como por ejemplo, el

tipo de memoria, la cantidad de periféricos, el tipo de lenguaje de

programación, el software, y los bytes de memoria RAM, se procedió a

seleccionar el PIC 16F877A (ver Figura n° 88). Ya que es el que mejor se

adapta a los requerimientos del sistema.

142

Figura n° 88 Especificaciones Técnicas del Microcontrolador PIC

Fuente: Autor

4.7 DISEÑAR Y DESARROLLAR EL PROGRAMA DE CONTROL DE

AIREADO, NIVEL DE AGUA, MOVIMIENTO DE NUTRIENTES Y LUZ

ARTIFICIAL, BASADO EN LENGUAJE ESCALERA PARA EL PLC

ELEGIDO

El desarrollo de este programa se realizo, en el software LOGO!Soft

Comfort, y consta de una serie de contactos, bobinas y temporizadores, que

hacen posible, el correcto funcionamiento del sistema. Basados en los

conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera y en el desarrollo de este

trabajo de investigación, los cuales se pusieron en práctica, se logró diseñar

y desarrollar un programa en lenguaje escalera (ver Figura n° 89), que

pudiese controlar mediante el controlador lógico programable PLC, los

143

procesos vitales, para el desarrollo de la planta en cultivos hidropónicos de

raíz flotante.

La primera parte del programa (ver Figura n° 89), consiste en la

puesta en marcha de todo el sistema, es decir, cuando se acciona la entrada

I1 (pulsador de encendido), se activa la entrada SET de un relé auto

enclavador, lo que acciona una marca (M1), esta marca es indispensable,

para el accionamiento de las demás salidas, entre ella la salida Q1 (indicador

de encendido); si se acciona la entrada I2 (pulsador de parada de

emergencia), se activa otra marca (M2), de la cual depende, junto con una

tercera marca (M3) la entrada RESET del relé auto enclavador, al accionarse

cualquiera de estas dos marcas, se para todo el sistema, accionando la

salida Q2 (indicador de parada de emergencia) para la segunda marca (M2).

Figura n° 89 Puesta en Marcha... Programa

Fuente: Autor

144

En la siguiente fase, se tiene la parada de emergencia, por la

activación del sensor del nivel bajo del tanque (ver Figura n° 90); si la

entrada I9 (sensor de nivel bajo del tanque) se activa, se activa un

temporizador durante treinta segundos (30 seg), al transcurrir este tiempo, se

enciende la tercera marca (M3), la cual activa la salida Q6 (indicador de nivel

bajo del tanque) y a su vez, junto con la segunda marca (M2), activan la

entrada RESET del relé auto enclavador (SF006), es decir, que al accionarse

cualquiera de estas dos marcas, el sistema hace una parada de emergencia,

activando también, la salida Q2 (indicador de parada de emergencia).

Figura n° 90 Parada de Emergencia por Nivel Bajo... Programa

Fuente: Autor

Luego se procede al accionamiento de las bombas (ver Figura n° 91),

mientras la primera marca (M1) esté activada, y la entrada I9 (sensor de nivel

bajo del tanque) este desactivada, los sensores de nivel alto (LSH 00X) estén

desactivados y los de nivel bajo (LSL 00X) activados, se encienden las

bombas A, B y C. correspondiente a cada sensor, hasta que el sensor de

nivel alto de cada una de ellas se active, con lo cual se apagará la bomba

correspondiente.

145

Figura n° 91 Accionamiento de las Bombas... Programa

Fuente: Autor

La activación de la bomba de aire (ver Figura n° 92), se hace por

medio de un temporizador. Cuando la primera marca (M1) está activa, la

entrada SET de un relé auto enclavador (SF008) también se activa,

encendiendo un temporizador de retardo a conexión/desconexión (T001), el

cual al transcurrir un tiempo de dos horas y media (2:30 horas), enciende la

salida Q7 (bomba de aire), y una vez pasados quince minutos (15 min), la

apaga. Y así sucesivamente.

Figura n° 92 Activación de la Bomba de aire... Programa

Fuente: Autor

146

Por último está la activación de las lámparas fluorescentes (ver Figura

n° 93), cuyo proceso es el mismo que con el de la bomba de aire, es decir,

con el uso de un temporizador de retardo a conexión/desconexión, con un

tiempo de 12/12 horas para la lechuga (luz fluorescente A) y la acelga (luz

fluorescente B); y 10/14 horas para el cilantro (luz fluorescente C); un relé

auto enclavador (SF007), (SF010), (SF012) respectivamente y la marca 1

(M1) activada.

Figura n° 93 Activación de Lámparas... Programa

Fuente: Autor

147

4.8 DISEÑAR Y DESARROLLAR EL PROGRAMA DE CONTROL Y

VISUALIZACIÓN DEL TIEMPO ESTIMADO PARA LA COSECHA DEL

CULTIVO, PARA EL MICROCONTROLADOR PIC ELEGIDO

El programa de control y visualización del tiempo de cosecha, fue

desarrollado en el lenguaje assembler, consta de nueve rutinas, entre las

cuales se encuentran, teclado, columna, fila y display. Consiste en introducir

por medio del teclado la cantidad de días que requiere cada planta para ser

cosechada, esta información se verá reflejada en una pantalla LCD, y se verá

en conteo regresivo del tiempo restante, el cual al llegar a cero, originará una

alarma.

4.8.1 Programa en Assembler

list p=16f870

include "p16f870.inc"

org 0

goto inicio

inicio org 10h

bcf STATUS,RP1

bsf STATUS,RP0

clrf TRISB

clrf TRISA

movlw b'11110000'

movwf TRISC

bcf STATUS,RP0

teclado

movlw b'00001110'

148

movwf PORTC

columna btfss PORTC,4

call fila

btfss PORTC,5

call fila1

btfss PORTC,6

call fila2

btfss PORTC,3

goto teclado

bsf STATUS,C

rlf PORTC,1

goto columna

fila btfss PORTC,0

movlw 060h

btfss PORTC,1

movlw 066h

btfss PORTC,2

movlw 0E0h

btfss PORTC,3

movlw 09Ch

call display

return

fila1 btfss PORTC,0

movlw 0DAh

btfss PORTC,1

movlw 0B6h

btfss PORTC,2

movlw 0FEh

btfss PORTC,3

movlw 0FCh

call display1

return

fila2 btfss PORTC,0

movlw 0F2h

btfss PORTC,1

movlw 0BEh

btfss PORTC,2

movlw 0E6h

149

btfss PORTC,3

movlw 09Eh

call display2

return

display

movwf PORTB

movlw 0eh

movwf PORTA

call antirrebote

return

display1

movwf PORTB

movlw 0dh

movwf PORTA

call antirrebote

return

display2

movwf PORTB

movlw 0bh

movwf PORTA

call antirrebote

return

antirrebote

b1 btfss PORTC,4

goto b1

b2 btfss PORTC,5

goto b2

b3 btfss PORTC,6

goto b3

return

end

La rutina de inicio consiste en configurar los puertos de salida y los

puertos de entradas; la rutina teclado, consiste en la verificación del número

150

pisado; la rutina columna verifica la columna activada; la rutina fila

comprueba que fila fue activada y la rutina display, muestra en la pantalla

LCD la información suministrada.

4.8 EJECUTAR EL PROTOTIPO DE SISTEMA DE CONTROL DESARROLLADO

El sistema de control propuesto, se encarga de solventar una

problemática existen en el cultivo hidropónico. Con la simple aplicación de

unos sensores, controladores y actuadores, se puedo automatizar un sistema

de raíz flotante. La explicación de este sistema se dará en dos partes, la

primera parte es la realizada con el controlador lógico programable PLC (ver

Diagrama n° 4); y la segunda es la realizada con el microcontrolador PIC (ver

Diagrama n° 5).

Diagrama n° 4 Diagrama en Bloques del Sistema Propuesto para PLC

Fuente: Autor

•Pulsadores

•Sensores de Nivel

Sensores

• PLC

Controlador •Indicadores

•Bombas

•Lámparas

Actuadores

151

Diagrama n° 5 Diagrama en Bloques para Sistema Propuesto para PIC

Fuente: Autor

4.8.1 Ejecución del Proceso con PLC

Lo primero que se hizo en la ejecución del proyecto con PLC, fue

establecer las entradas y salidas (ver Tabla n° 20), luego se definió en que

tensión trabajaba cada una de ellas (ver Diagrama n° 6). Y se diseño un

diagrama esquemático, con cada una de las conexiones (ver Diagrama n° 7).

Tabla n° 20 Entradas y Salidas

Entradas Salidas

Pulsador de Encendido (HS 001) Indicador de Encendido (NHS 001)

Pulsador de Parada de Emergencia (Hs 002)

Indicador de Parada de Emergencia (NHS 002)

Sensor de Nivel Alto PVC A (LSH 001) Indicador de Activación de la Bomba A

(NP.002)

Sensor de Nivel Bajo PVC A (LSL 002) Indicador de Activación de la Bomba B

(NP.003)

Sensor de Nivel Alto PVC B (LSH 002) Indicador de Activación de la Bomba C

• Teclado

Sensores

• PIC

Controlador • Pantalla LCD

• Corneta

Actuadores

152

(NP.004)

Sensor de Nivel Bajo PVC B (LSL 003) Indicador de Nivel Bajo del Tanque (NLSL

001)

Sensor de Nivel Alto PVC C (LSH 003) Bomba de Aire PVC A (P.002)

Sensor de Nivel Bajo PVC C (LSL 004) Bomba de Aire PVC A (P.003)

Sensor de Nivel Bajo Tanque (LSL 001) Bomba de Aire PVC A (P.004)

Luz Fluorescente PVC A

Luz Fluorescente PVC B

Luz Fluorescente PVC C

Fuente: Autor

Diagrama n° 6 Diagrama Eléctrico de PLC

Fuente: Autor

153

Diagrama n° 7 Diagrama Esquemático de la Conexión en PLC

Fuente: Autor

El sistema se divide en cuatro partes, la primera es la parte de

aireación, esto se resolvió con una bomba de aire introducida en el tanque de

la solución nutritiva, con la finalidad de que esta bomba se accionara 10

veces al día, lo cual se logro con una rutina de programación para el PLC; la

segunda parte es la de movimiento de nutrientes, que consiste en una

bomba de agua para cada tubo PVC, los cuales cuentan con dos sensores

de nivel, uno de nivel alto y el otro de nivel bajo, cuando se activa el sensor

de nivel bajo, se enciende la bomba de agua, moviendo la solución nutritiva

del tanque al tubo PVC que lo requiera, esta bomba dura encendida hasta

que se active el sensor de nivel alto. La tercera parte engloba la incidencia

de la luz, que consiste en la activación de lámparas de luz fluorescente cada

cierto tiempo y durante cierto tiempo, específicamente cada 12 horas y

durante 12 horas para la lechuga y la acelga, y cada 10 horas y durante 14

horas para el cilantro. Y por último, está la parte del control de nivel de agua,

realizada con los sensores de nivel, que consiste en sondas de plástico, con

una varilla metálica interna, la cual al entran en contacto con el agua trasmite

154

la señal a la entrada del PLC, y hay un sensor de nivel alto y otro de nivel

bajo.

4.9.2 Ejecución del Proceso con PIC

El desarrollo con PIC fue mucho más sencillo, pero no menos

importante, consiste en un pequeño programa, que controla el tiempo que

requiere cada planta para ser cosechada, este tiempo se introduce por medio

de un teclado numérico, y se ve reflejado en una pantalla LCD, cuando el

tiempo llega a cero, se emite una alarma por medio de una corneta (ver

Diagrama n° 8 y Diagrama n° 9).

Diagrama n° 8 Diagrama Eléctrico del PIC

Fuente: Autor

155

Diagrama n° 9 Diagrama Esquemático de PIC

Fuente: Autor

4.9 EVALUAR LA FUNCIONALIDAD DEL SISTEMA EJECUTADO

Analizando todos los resultados dados, y observando todo el

procedimiento del sistema desarrollado, se decretó que era un sistema

funcional, con respecto a la automatización del cultivo hidropónico, ya que

resuelve la problemática antes planteada, disminuyendo el tiempo que

requiere el cultivo por parte de su dueño, sin embargo con respecto a los

costos, que fueron elevados (ver Anexos) se observo, que la aplicación del

controlador lógico programable es más factible, para cultivos un poco más

grandes, ya sea bien para las aplicaciones de agricultura familiar urbana o

para aplicaciones industriales.

No obstante, el uso del PLC permite la ampliación de dicho cultivo, es

decir, que se pueden manejar más de tres cultivos al mismo tiempo, sin la

necesidad de agregar otros dispositivos, se requeriría solamente de

pequeños cambios en la programación del mismo.

156

CONCLUSIONES

Con respecto al método de cultivo hidropónico seleccionado, se puede

concluir, que es un método bastante factible a pequeña, mediana y gran

escala, ya que es muy práctico y sencillo, debido a que no es necesario

realizar varios trasplantes durante el desarrollo de la planta, sino que esta,

puede tener su completo desarrollo en el mismo contenedor, lo que ahorra

tiempo y productos.

Existen una gran variedad de plantas, la mayoría de estas puede ser

cultiva por medio de métodos hidropónicos, todo depende el cuidado que

requiera determinada planta, mientras estos cuidados se realicen como se

deben y en el tiempo que se deben, se pueden obtener grandes y buenas

cosechas, satisfaciendo las necesidades del agricultor o del cultivador.

Para que esto se logre, se requiere de una cantidad de procesos, que

sustituyen, los procesos que brinda la siembra en tierra, por ejemplo la

aireación, debido a que la mayoría de los contenedores son cerrados o

herméticos, las raíces de las plantas no reciben el suficiente oxigeno, por lo

que hay que proporcionárselos de manera manual o automatizada.

Con respecto a los sistemas de control, los cuales incluyen sensores y

actuadores, se puede concluir, que en la actualidad son de muchísima

importancia y de gran utilidad, ya que brindan respuestas a cualquier tipo de

problemática, desde las más pequeñas, como la activación de las luces del

hogar, hasta las más grandes como la automatización de una gran industria.

Si se escogen adecuadamente los sensores, actuadores y controladores, se

puede conseguir elaborar un sistema de control óptimo, que facilite y agilice

determinado proceso, consiguiendo con esto la disminución de costos en

mano de obra, productos y errores humanos.

157

Ahora refiriéndonos a los controladores lógicos programables,

específicamente PLC, se observó que es una herramienta poderosa de

pequeño tamaño, con un lenguaje de programación gráfico, de fácil

entendimiento y desarrollo, con la capacidad de controlar cualquier sistema,

todo depende de la correcta selección del dispositivo. Para esto simplemente

se realiza un estudio de las propiedades cualitativas y cuantitativas que

requiere el sistema que se desea desarrollar.

Por otra parte, el uso de los microcontroladores PIC, también ha ido

aumentando, ya que son minúsculos dispositivos, con la capacidad de

realizar trabajos a gran escala, el lenguaje de programación es un poco más

complicado que el lenguaje escalera, ya que se basa en códigos

computacionales, sin embargo, con un poco de práctica y de estudio, es

fácilmente manejable.

La ciencia de la hidroponía, se convertirá en la agricultura del futuro,

ya que permite grandes cosechas y de muy buena calidad, en menos tiempo

y con menor esfuerzo. No se requiere del uso de suelos, por lo que no es

necesario grandes hectáreas de terreno, para producir grandes cosechas,

con este método se pueden obtener más de 1000 plantas un una pequeña

extensión de 100 m2.

Para finalizar, con el desarrollo de este proyecto, se logró obtener una

gran experiencia tanto en nivel de automatizaciones pequeñas, como a nivel

agrícola. Se logró despertar interés en las compañías visitadas, con respecto

al trabajo realizado, ya que no habían visto la implementación de PLC y PIC,

para cultivos de este tipo. Con pequeños y fáciles programas se logró un

funcionamiento satisfactorio de todo el proceso, tanto en la parte controlada

por PLC, como en la parte controlada por el PIC, lo que llevó a que se

lograra la construcción de un dispositivo completamente funcional para el

desarrollo de cultivos hidropónicos.

158

RECOMENDACIONES

Con respecto al método de cultivo hidropónico, se puede automatizar

cualquiera de estos, sólo hay que adaptarse a las necesidades de la planta y

del método escogido y en base a esto proceder a la automatización, bien sea

enteramente con PLC, con PIC o sencillamente con la combinación de

ambos.

Referente a las plantas, como se mencionó anteriormente, la mayoría

de las plantas pueden ser tranquilamente cultivadas mediante la hidroponia,

así que se puede seleccionar cualquiera de éstas, según el método

seleccionado.

Según la planta seleccionada, se requieren determinados procesos,

pero en general, de la aireación de las raíces, para que éstas se oxigenen,

del movimiento de los nutrientes, para evitar la estanqueidad, y que reciban

luz durante un determinado tiempo, bien sea luz artificial o luz natural.

Con respecto a la selección de los sensores y actuadores, es

recomendable analizar las características cualitativas y cuantitativas, para

determinar de cuales requiere el sistema. Esto es referente conjuntamente,

para la selección del controlador lógico programable (PLC) y para el

microcontrolador PIC.

Referente al diseño y desarrollo de los programas de control, se

recomienda, saber manejar los software de programación y el lenguaje del

mismo, para facilitar el desarrollo de determinado programa.

Y por último, antes de ejecutar el sistema, es recomendable, verificar

que todo se encuentre en orden, es decir, que todo esté en su lugar, y bien

conectado, para evitar fallas o corto circuitos.

159

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Anexos

168

ANEXOS A CARTAS Y CONSTANCIAS

Anexos A. 1 Carta de Aceptación de la Tutoría

Fuente: Autor

169

Anexos A. 2 Carta de Autorización de Entrega de Tesis

Fuente: Autor

170

Anexos A. 3 Constancia de Validación de Instrumentos

Fuente: Autor

171

ANEXOS B INSTRUMENTOS DE RECOLECIÓN DE DATOS

Anexos B. 1 Cuestionario

172

173

Fuente: Autor

174

Anexos B. 2 Observación de Cableado Estructurado en Empresas PUIG

Fuente: Autor

Anexos B. 3 Observación de un Sistema de Bombeo en la USB

Fuente: Autor

175

Anexos B. 4 Observación de la Conexión del PLC, en el Sistema de Bombeo de la USB

Fuente: Autor

176

ANEXOS C COTIZACIONES

Anexos C. 1 Cotización n° 118207 de Servieleca

Fuente: Autor

177

Anexos C. 2 Cotización n° 118720 de Servieleca

Fuente: Autor

178

ANEXOS D FACTURAS

Anexos D. 1 Factura n° 101308 Servieleca

Fuente: Autor

179


Fuente: Autor

180


Fuente: Autor

181


Fuente: Autor

182

Anexos D. 5 Factura n° 2131

Fuente: Autor

Desarrollo de un Prototipo de Sistema de Control de ...miunespace.une.edu.ve/jspui/bitstream/123456789/627/1/TG4617.pdf · Cultivo por Medio de un PIC, para Cultivos Hidropónicos

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