gerardo antonio gaxiola rojas - itson
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE SONORA
SISTEMA DE MONITOREO CONTINUO DEL ESTADO HÍDRICO DEL SUELO,
PLANTA Y ATMÓSFERA BAJO INVERNADERO HÍBRIDO EN EL CETT910
DEL VALLE DEL YAQUI
TITULACIÓN POR TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO EN ELECTRÓNICA
PRESENTA
GERARDO ANTONIO GAXIOLA ROJAS
CD. OBREGÓN, SONORA DICIEMBRE DE 2009
DEDICATORIAS
A mi familia y amigos que siempre ha estado conmigo en las buenas y en las malas
A mis padres que siempre han sido mi ejemplo a seguir, me han brindado su apoyo
incondicionalmente, los quiero mucho, gracias por todo.
A mis hermanos, Edgar y Sindel mis hermanitos, gracias por aguantarme tanto, sus
consejos y por los buenos momentos que pasamos, gracias por su apoyo, sus risas
y enojos en todo este tiempo que hemos vivido juntos. A pesar que no convivimos
mucho por el hecho de la distancia también te lo dedico a ti Erandi mi hermana
mayor te quiero mucho aunque estemos un poco lejos, siempre te abrazo en mi
mente, Los quiero hermanos.
A mis amigos, por todos los momentos que pasamos juntos, por su apoyo gracias =)
N,A,J,M y R a ustedes que me ayudaron a abrir los ojos y poner los pies sobre la
tierra.
AGRADECIMIENTOS
A mis asesores: Dr. Luis Carlos Valdez y Dr. Adolfo Soto Cota por brindarme su
apoyo, sus consejos y confianza en la elaboración de este proyecto. Gracias por
darme la oportunidad de trabajar con ustedes.
A todos mis maestros que compartieron sus conocimientos, experiencia y consejos
para mi desarrollo profesional.
A toda mi familia Gaxiola y Rojas y a las personas que a pesar de no llevar esos
apellidos forman parte de mi familia.
A mis compañeros de la carrera, por todos los momentos buenos y malos que
tuvimos. Extrañaré los momentos de estrés y desvelo que había en los periodos
finales. Gracias Armando, Abraham, Peñuelas, Yesi, Chely, Omar, Paquito y todo el
grupo d amigos.
A mis compañeros de Capoeira, gracias por su apoyo, por su amistad y confianza,
por los momentos de alegría y por patearlos en la roda =) muito axé para você!
RESUMEN
En este proyecto se lleva a cabo el estudio, la implementación y el manejo de un
sistema de monitoreo continuo del estado hídrico del suelo, planta y atmosfera
haciendo uso del Datalogger CR10X obteniendo diferentes parámetros tales como:
humedad y temperatura del ambiente, humedad y temperatura del suelo, radiación
solar y la variación del diámetro del tallo de las plantas para obtener datos como el
déficit de presión de vapor (DPV) en los cultivos de tomate bajo invernadero híbrido
del Centro Experimental Transferencia de Tecnología CETT910.
Además se llevó a cabo la elaboración de un manual para orientar e instruir al
usuario sobre la instalación, manejo y mantenimiento del sistema completo de
monitoreo continuo con el Datalogger CR10X como base, basado en el equipo que
se utilizó y las experiencias obtenidas durante su instalación y uso.
El manual es redactado en forma muy sencilla y en un lenguaje accesible, con la
intención de cualesquier persona que lo utilice (aún aquellas que no se encuentren
capacitadas en este campo) pueda interpretarlo fácilmente y seguir las instrucciones
de manera precisa.
ÍNDICE
Lista de tablas.........................................................................................................vi
Lista de figuras........................................................................................................vi
Resumen................................................................................................................. iii
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1.1 Antecedentes.................................................................................................. 1
1.2 Planteamiento del problema ........................................................................... 3
1.3 Objetivo........................................................................................................... 4
1.4 Justificación .................................................................................................... 5
1.5 Delimitaciones................................................................................................. 5
1.6 Limitaciones.................................................................................................... 6
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Definición de invernadero ................................................................................. 7
2.1.1 invernadero plano o tipo parral ...................................................................... 8
2.1.2 invernadero en raspa y amagado................................................................. 10
2.1.3 invernadero asimétrico o inacral .................................................................. 11
2.1.4 invernadero de capilla .................................................................................. 12
2.1.5 invernadero de doble capilla ........................................................................ 13
2.1.6 invernadero túnel o semicilindro .................................................................. 13
2.1.7 invernadero de cristal o tipo venlo................................................................ 14
2.2 Parámetros a considerar del sensado............................................................. 15
2.2.1 Temperatura ................................................................................................ 16
2.2.2 Humedad relativa ......................................................................................... 17
2.2.3 Déficit de presión de vapor .......................................................................... 17
2.2.4 Radiación solar ........................................................................................... 18
2.3 Sensores para un sistema de monitoreo en invernadero................................ 19
2.3.1 Sensores de temperatura y humedad relativa ............................................. 19
2.4 Elementos que conforman al sistema de control en un invernadero............... 23
2.4.1 Definición de sistema de control .................................................................. 23
2.4.2 Controles básicos en un invernadero........................................................... 25
CAPÍTULO III
MÉTODO
3.1 Sistema de monitoreo continuo....................................................................... 31
3.2 Desarrollo del sistema de sensado ................................................................. 32
3.3 Centro de monitoreo mediante Datalogger CR10X......................................... 36
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1 Resultados obtenidos mediante el uso del Datalogger CR10X....................... 43
4.1.1 Ventajas obtenidas al usar el Datalogger CR10X ........................................ 43
4.1.2 Elaboración de un manual sobre la instalación, uso y mantenimiento
del sistema de monitoreo continuo............................................................... 43
4.2 Ejemplos del formato de los resultados que arroja el sistema ....................... 44
CONCLUSIONES ................................................................................................. 50
APÉNDICE............................................................................................................ 54
Manual de usuario del Sistema de monitoreo continuo del estado hídrico
del suelo, planta y atmosfera bajo invernadero híbrido del CETT910
en el Valle del Yaqui
INDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 2.1 Ventajas y desventajas del manejo de invernaderos.............................. 8
Tabla 4.1 datos obtenidos por los sensores Watermark ...................................... 44
Tabla 4.2 datos obtenidos por el sensor HMP45C............................................... 45
Tabla 4.3 datos obtenidos por el Pyranometro SP-LITE ...................................... 46
Tabla 4.4 datos obtenidos mediante los Dendrómetros ....................................... 47
INDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 2.1.- Invernadero plano o tipo parral ............................................................ 9
Figura 2.2.- Invernadero en raspa y amagado ...................................................... 10
Figura 2.3.- Invernadero asimétrico o inacral ........................................................ 11
Figura 2.4.- Invernadero de capilla........................................................................ 12
Figura 2.5.- Invernadero de doble capilla .............................................................. 13
Figura 2.6.- Invernadero túnel o semicilíndrico...................................................... 14
Figura 2.7.- Invernaderos de cristal o tipo venlo.................................................... 15
Figura 2.8.- Psicómetro ......................................................................................... 20
Figura 2.9.- Sensor capacitivo............................................................................... 22
Figura 2.10.- Dendrometro .................................................................................... 21
Figura 2.11.- Diagrama sistema de control ........................................................... 24
Figura 2.12.- Sistema de control de lazo abierto ................................................... 25
Figura 2.13.- Sistema de control del lazo cerrado................................................. 25
Figura 2.14.- Sistema de control mediante PLC.................................................... 27
Figura 2.15.- Datalogger EM5 ............................................................................... 28
Figura 2.16.- Datalogger CR10X............................................................................ 29
Figura 3.1.- Diagrama de esquemático del Sistema de Monitoreo Continuo ........ 32
Figura 3.2.- Diagrama esquemático para el diseño del sistema de sensado ........ 33
Figura 3.3.- Sensor Watermark ya instalado ......................................................... 34
Figura 3.4.- Sensores Watermark dentro de recipiente con agua ......................... 34
Figura 3.5.- Sensor HMP45C ................................................................................ 35
Figura 3.6.- Dendrómetro instalado sobre la planta .............................................. 35
Figura 3.7.- Instalación del Pyranometro SP-LITE ................................................ 36
Figura 3.8.- Datalogger CR10X............................................................................. 36
Figura 3.9.- Alimentación fuente - batería ............................................................ 37
Figura 3.10.- Alimentación batería – Datalogger CR10X ...................................... 38
Figura 3.11.- Multiplexor AM416 ........................................................................... 39
Figura 3.12.- Diagrama esquemático del centro de monitoreo
junto al sistema de sensado ............................................................ 40
Figura 3.13.- Conexión PC – Datalogger usando cable de puerto serial............... 41
Figura 3.14.- Gráfica estrés hídrico ....................................................................... 49
I. INTRODUCCIÓN
1.1 Antecedentes
En los últimos años se han realizado diversas investigaciones para mejorar la
producción hortícola del Valle del Yaqui, tanto en cantidad como en calidad del
producto. Actualmente, se cuenta con el conocimiento necesario para mejorar los
sistemas de cultivo, existiendo diversas maneras y métodos para lograrlo; entre los
cuales se encuentra el uso de invernaderos.
El uso de invernaderos para la producción hortícola, es uno de los métodos más
utilizados para mejorar la producción; dado que con estos, se mantiene al cultivo
protegido ante lluvias, plagas, hierbas y animales.
Aún así, con el uso de invernaderos, sigue habiendo deficiencias en la mejora de la
producción hortícola. En los últimos años, la tecnología electrónica dentro de
invernaderos ha demostrado ser uno de los métodos más eficaces para cubrir esas
deficiencias, de tal manera que se logra obtener una mayor cantidad de información
sobre el cultivo y los parámetros que le afectan y benefician.
El secreto de una buena producción dentro de un invernadero, es la manipulación
del clima, así como una buena programación del riego de cultivo, de tal manera que
se logre un ambiente adecuado para que los cultivos generen una mayor
producción, representando un aumento en el rendimiento, sin dejar de lado la
calidad del producto.
Existen 3 diferentes formas para mejorar el control del riego:
• Midiendo parámetros climáticos (temperatura, humedad relativa y
radiación para obtener el Déficit de presión de vapor)
• Midiendo los parámetros del suelo (temperatura y humedad)
• Midiendo el contenido de agua en la planta
Dado que el control del clima dentro de invernadero es uno de los factores
primordiales para el desarrollo en el crecimiento de los cultivos, es necesario contar
con un sistema de monitoreo continuo del estado hídrico del suelo, planta y
atmosfera en el área de cultivo, para garantizar el crecimiento ideal del mismo;
evitando de esta manera que la planta tenga un desarrollo retardado en la
proliferación del fruto o bien hasta la misma muerte; de tal manera que se obtienen
así mayores beneficios en términos de producción.
En todo cultivo, es necesario conocer los parámetros que lo afectan o benefician, ya
sea por medio del suelo, ambiente o de la misma planta. Se han realizado diversos
estudios y se considera que los parámetros de Humedad Relativa, Temperatura
ambiental, Radiación, y Humedad del suelo son de los más relevantes para el
desarrollo eficaz de los cultivos dentro de un invernadero.
Para conocer los parámetros mencionados anteriormente, es necesario que el
sistema de monitoreo continuo cuente con sensores enfocados al uso dentro de
invernaderos.
Para tener un sistema completo para el desarrollo de la producción hortícola, es
necesario monitorear de manera eficaz los datos que los sensores obtienen, por eso
es necesario instalar un centro de monitoreo continuo que lleve a cabo ese trabajo.
En la actualidad existen diversos tipos de sistemas de monitoreo, algunos más
eficientes que otros y con más opciones de uso y características. Para un
invernadero, el uso de un sistema de monitoreo continuo el cual maneje base de
datos de los parámetros es lo ideal, para poder llevar un registro de cómo está
respondiendo el cultivo, y como ha estado respondiendo en las temporadas
anteriores, de esta manera se podrá evaluar a futuro el comportamiento de algún
tipo de cultivo dentro de un invernadero con las condiciones climáticas existentes en
la región.
En el valle del yaqui se cuenta con muchos invernaderos, pero desgraciadamente
son escasos los que cuentan con tecnología suficiente y necesaria para una
producción de mayor calidad.
La escasez de tecnología en los invernaderos puede darse por diferentes motivos,
pero las principales causas son:
• Bajos recursos para la adquisición de tecnología ideal.
• Falta de conocimiento sobre la instalación y manejo de la tecnología.
• Mal uso de la tecnología con que se cuenta.
1.2 Planteamiento del problema
Actualmente en el área de invernadero del CETT910 enfocada a la investigación en
la producción hortícola protegida del Valle del Yaqui, no se cuenta con las medidas
necesarias para mantener un eficaz monitoreo continuo del ambiente, del suelo y de
la planta que es el principal producto.
El riego que se realiza en esta área es inadecuado, pues en la mayoría de los casos
se hace de acuerdo a medidas de tiempo y no se hace dependiendo de las
necesidades específicas de la planta a tratar, provocando un escaso rendimiento y
producción de la planta.
Hay personas en el área de biotecnología y alimentos que trabajan dentro del
invernadero del CETT910 que dependen de la tecnología para la obtención de los
parámetros con los cuales llevan a cabo sus investigaciones, es necesario que
cuenten con el conocimiento necesario sobre el tipo de tecnología que usan, para
evitar darle un mal uso o dañar el equipo.
1.3 Objetivo
Implementar el sistema de monitoreo continuo del estado hídrico del suelo, planta y
atmosfera para obtener mejor información sobre el comportamiento de los cultivos
de tomate bajo invernadero híbrido del CETT910 en el Valle del Yaqui.
Objetivos específicos:
• Estudio del equipo
• Instalación del sistema de monitoreo
• Manejo del sistema de monitoreo
• Elaboración del manual de usuario
1.4 Justificación
La programación de riego en los cultivos de tomate y chile Bell Peper bajo
invernadero del CETT910 en el Valle del Yaqui es temporizado o basado en la
experiencia, lo cual ocasiona casi siempre aplicaciones en exceso o deficientes a la
planta provocando una disminución del rendimiento. Bajo este contexto es necesario
buscar una alternativa para saber cuanto y cuando regar, y una de ellas es el
balance de agua mediante el uso de un sistema de monitoreo del estado hídrico del
suelo, planta y atmosfera. El método del balance de agua se basa en la aplicación
de la evapotranspiración máxima del cultivo (ETc) por lo cual es necesario tener una
medición de las variables climáticas (temperatura ambiental, temperatura del suelo,
humedad relativa, humedad del suelo, radiación solar y déficit de presión de vapor
(DPV).
Es necesario que se cuente con la documentación necesaria para la instalación, uso
y mantenimiento del sistema de monitoreo continuo a instalar.
1.5 Delimitaciones
• Uso de PC para realizar la base de datos de los parámetros.
• Se utilizará un Datalogger CR10X para capturar los datos obtenidos por los
sensores.
• Se utilizarán los sensores que ya se tienen en el CETT910 para la
investigación.
• Se elaborará un manual práctico para la instalación, uso y mantenimiento del
sistema de monitoreo continuo mediante Datalogger CR10X que se instalará
dentro del invernadero del CETT910
1.6 Limitaciones
• Tiempo en el que las plantas se desarrollan.
• Falta de conocimiento en el área de invernaderos de la región.
• Falta de tomas de alimentación eléctrica dentro del invernadero.
II. MARCO TEÓRICO
En este capítulo se exponen los conocimientos básicos referidos a invernaderos, los
tipos de invernaderos, sus ventajas e inconvenientes.
Se exponen los factores climáticos que afectan al cultivo, además se definen los
diferentes parámetros a monitorear dentro del invernadero, así como también se
definirán los diferentes tipos de sensores, los diferentes sistemas de monitoreo y
control
2.1 Definición de invernadero.
Invernadero es un espacio con el microclima apropiado para el óptimo desarrollo de
una plantación específica, por lo tanto, partiendo del estudio técnico de ambientación
climática, deben obtenerse en él la temperatura, humedad relativa, iluminación y
ventilación apropiadas que permitan alcanzar alta productividad, a bajo costo, en
menos tiempo, sin daño ambiental, protegiéndose de las lluvias, el sol, el granizo, las
heladas, plagas o los excesos de viento que pudieran perjudicar un cultivo. Entonces
se considera a un invernadero como toda aquella estructura cerrada cubierta por
materiales transparentes o semitransparentes, dentro de la cual es posible obtener
unas condiciones artificiales de microclima, y con ello cultivar plantas fuera de su
estación de producción, en condiciones óptimas.
La tabla que se presenta a continuación resume las ventajas y desventajas del
manejo de invernaderos.
Tabla 2.1 Ventajas y desventajas del manejo de invernaderos
VENTAJAS DESVENTAJAS
• Producción temprana de frutos • Alta inversión inicial
• Aumento de la calidad y rendimiento • Alto costo de operación
• Producción fuera de época • Requiere personal especializado, de experiencia práctica y conocimientos teóricos
• Ahorro de agua y fertilizantes
• Mayor control de insectos y
enfermedades
• Posibilidad de obtener más de un
ciclo de cultivo al año
Existen diferentes tipos de invernaderos, a continuación se mencionan algunos:
• Plano o tipo parral
• En raspa y amagado
• Asimétrico ó inacral
• Capilla
• Doble capilla
• Tipo túnel o semicilíndrico
• De cristal
2.1.1 Invernadero plano o tipo parral.
Este tipo de invernadero se utiliza en zonas poco lluviosas, la estructura de estos
invernaderos se encuentra constituida por dos partes claramente diferenciadas, una
estructura vertical y otra horizontal. Los invernaderos planos tienen una altura de
cubierta que varía entre 2.15 y 3.5 metros, con un ancho encontrado entre los 2 y
2.7 metros. Véase la figura 2.1
Las principales ventajas de los invernaderos planos son:
• Su economía de construcción.
• Su gran adaptabilidad a la geometría del terreno.
• Mayor resistencia al viento.
• Presenta una gran uniformidad luminosa.
Las desventajas que presenta son:
• Mala ventilación.
• Rápido envejecimiento de la instalación.
• Poco o nada aconsejable en los lugares lluviosos.
• Peligro de hundimiento por las bolsas de agua de lluvia que se forman en la
lámina de plástico.
Figura 2.1.- Invernadero plano o tipo parral.
2.1.2 Invernadero en raspa y amagado.
Su estructura es muy similar al tipo parral pero varía la forma de la cubierta. Se
aumenta la altura máxima del invernadero que se encuentra entre 3 y 4.2 metros
formando lo que se conoce como raspa. En la parte más baja, conocida como
amagado, se unen las mallas de la cubierta al suelo mediante horquillas de hierro
que permite colocar las tuberías para el desagüe de las aguas pluviales. En la figura
2.2 se puede observar la forma del invernadero raspa y amagado.
Ventajas de los invernaderos tipo raspa y amagado:
• Su economía.
• Presenta buena protección a la lluvia y al aire, lo que disminuye la humedad
interior en periodos de lluvia.
Inconvenientes:
• Se dificulta el cambio del plástico de la cubierta.
• Al tener mayor superficie desarrollada se aumentan las pérdidas de calor a
través de la cubierta.
Figura 2.2.- Invernadero en raspa y amagado.
2.1.3 Invernadero asimétrico ó inacral.
Difiere de los tipo raspa y amagado en el aumento de la superficie en la cara
expuesta al sur, con objeto de aumentar su capacidad de captación de la radiación
solar. Para ello el invernadero se orienta en sentido este-oeste, paralelo al recorrido
del sol. La altura máxima de la cumbre varía entre 3 y 5 metros, y su altura mínima
de 2.3 a 3 metros. La altura de las bandas se encuentra entre 2.15 y 3 metros. La
separación de los apoyos interiores suele ser de 2 por 4 metros. Véase la figura 2.3
Ventajas de los invernaderos asimétricos:
• Buen aprovechamiento de la luz en la época invernal.
• Su economía.
• Elevada inercia térmica debido a su gran volumen unitario.
• Es hermético a la lluvia y al aire.
• Buena ventilación debido a su elevada altura.
Desventajas:
• Se dificulta el cambio del plástico de la cubierta.
• No se recomienda en climas con temperaturas elevadas.
Figura 2.3.- Invernadero asimétrico o inacral.
2.1.4 Invernadero de capilla.
Los invernaderos de capilla simple tienen el techo formando uno o dos planos
inclinados, la anchura puede darse en estos invernaderos entre los 12 a 16 metros,
con una altura comprendida entre 3 y 4 metros, tal como se muestra en la figura 2.4
Este tipo de invernadero se utiliza bastante, destacando las siguientes ventajas y
desventajas.
Ventajas:
• Es de fácil construcción.
• Es muy aceptable para la colocación de todo tipo de plástico en la cubierta.
• La ventilación vertical en paredes es muy fácil y se puede hacer de grandes
superficies.
• Fácil la instalación de ventanas para realizar observaciones a través de éstas.
Desventajas:
o Problemas de ventilación con invernaderos en baterías.
o Elementos de soportes internos que dificultan los desplazamientos y el emplazamiento de cultivo.
Figura 2.4.- Invernadero de capilla
2.1.5 Invernadero de doble capilla.
Su ventilación es mejor que en otros tipos de invernadero, debido a la ventilación
central. Estas aberturas de ventilación suelen permanecer abiertas constantemente y
suele ponerse en ellas malla mosquitera o malla sombra. Además también poseen
ventilación vertical en las paredes frontales y laterales. Este tipo de invernadero no
está muy extendido debido a que su construcción es más dificultosa y cara que el
tipo de invernadero capilla simple. Véase la figura 2.5
Figura 2.5.- Invernadero de doble capilla.
2.1.6 Invernadero túnel o semicilíndrico.
Se caracteriza por la forma de su cubierta y por su estructura totalmente metálica. El
empleo de este tipo de invernadero se está extendiendo por su mayor capacidad
para el control de los factores climáticos, su gran resistencia a fuertes vientos y su
rapidez de instalación al ser estructuras prefabricadas.
Los soportes son de tubos de hierro galvanizado y tienen una separación interior de
5 por 8 metros ó 3 por 5 metros. La altura máxima de este tipo de invernaderos se
encuentra entre 3.5 y 5 metros. El ancho está comprendido entre 6 y 9 metros, en la
figura 2.6 se muestra el invernadero tipo tunel.
Las ventajas de los invernaderos tipo túnel son:
• Buena ventilación.
• Buena luminosidad en el interior del invernadero.
• Fácil instalación.
Inconvenientes:
• Elevado costo.
Figura 2.6.- Invernadero túnel o semicilíndrico.
2.1.7 Invernaderos de cristal o tipo venlo.
Este tipo de invernadero, también llamado venlo, es de estructura metálica
prefabricada con cubierta de vidrio (Véase figura 2.7). El techo de este invernadero
industrial está formado por paneles de vidrio sobre un conjunto de barras
transversales. La anchura de cada módulo es de 3.2 metros.
Ventajas:
• Mejor climatización de los invernaderos.
Inconvenientes:
• La abundancia de elementos estructurales implica una menor transmisión de
luz.
• Su elevado costo.
Figura 2.7.- Invernaderos de cristal o tipo venlo.
2.2 Parámetros a considerar en el sistema de sensado.
El crecimiento de las plantas como la producción de frutos se ven afectados
principalmente por diferentes factores ambientales tales como:
• Temperatura del suelo
• Temperatura ambiental
• Humedad del suelo
• Humedad relativa
• Radiación solar
• Estrés hídrico de las plantas
A continuación se definen los diferentes factores ambientales que son
principalmente los más necesarios para el desarrollo eficaz del cultivo.
2.2.1 Temperatura.
La temperatura es uno de los parámetros más importantes a tener en cuenta en el
manejo del ambiente dentro de un invernadero, ya que es el que más influye en el
crecimiento y desarrollo de las plantas. Para el manejo de la temperatura es
importante conocer las necesidades y limitaciones de la especie a cultivar. Así
mismo se deben aclarar los siguientes conceptos de temperaturas, que indican los
valores objetivos a tener en cuenta para el buen funcionamiento del cultivo y sus
limitaciones:
• Temperatura mínima letal: Es aquella por debajo de la cual se producen
daños en la planta.
• Temperaturas máximas y mínimas biológicas: Indican valores, por encima
o por debajo respectivamente del cual, no es posible que la planta alcance
una determinada fase vegetativa, como floración, fructificación, etc.
• Temperaturas nocturnas y diurnas: Indican los valores aconsejados para
un correcto desarrollo de la planta.
La mayor parte de la temperatura en el interior del invernadero, está en función de la
radiación solar, la misión principal del invernadero es la de acumular calor durante
las épocas invernales. El calentamiento del invernadero se produce cuando la
radiación procedente del sol o lámparas, que pasa a través del material de cubierta,
se transforma en calor. Esta radiación es absorbida por las plantas, los materiales de
la estructura y el suelo.
El calor se transmite en el interior del invernadero por irradiación, conducción,
infiltración y por convección, tanto para el aumento y disminución en la temperatura.
La conducción es producida por el movimiento de calor a través de los materiales de
cubierta del invernadero. La convección tiene lugar por el movimiento del calor por
las plantas, el suelo y la estructura del invernadero. La infiltración se debe al
intercambio de calor del aire caliente del exterior al interior del invernadero a través
de la estructura. La radiación, por el movimiento del calor a través del espacio
transparente en el recubrimiento del invernadero.
2.2.2 Humedad relativa.
La humedad es la masa de agua en unidad de volumen, o en unidad de masa de
aire. La humedad relativa (HR), es la cantidad de agua contenida en el aire, se mide
porcentaje y está normalizada de forma que la HR máxima posible es el 100%, lo
cual significa que en el aire no cabe más agua. A elevadas temperaturas aumenta la
capacidad del aire de contener vapor de agua y por tanto disminuye la HR y con
temperaturas bajas, la HR aumenta.
La HR del aire es un factor climático que puede modificar el rendimiento final de los
cultivos, cuando es excesiva las plantas reducen la transpiración, disminuyen su
crecimiento y se producen un mayor desarrollo de enfermedades. Por el contrario, si
es muy baja, las plantas transpiran en exceso, llevándolas a una deshidratación.
Cada cultivo tiene una humedad ambiental óptima para un desarrollo perfecto. Para
que la HR se encuentre lo más cerca posible de lo ideal, se puede reducir mediante
la ventilación, aumento de la temperatura y evitando el exceso de humedad en el
suelo y para aumentarla se puede haciendo brisa el agua en el ambiente, riegos y
ventilado.
2.2.3 Déficit de Presión de Vapor
La temperatura y la HR se consideran los parámetros físicos de mayor importancia
en el desarrollo de los cultivos, la relación de ambos parámetros, genera otra
condición conocida como déficit de presión de vapor (DPV), que se puede calcular al
usar como referencia la saturación de la presión de vapor (es la presión ejercida por
el vapor cuando el aire se encuentra saturado de humedad en función de la
temperatura) al 100%.
A continuación se define lo siguiente:
Presión de vapor a saturación (es) = .061078 * e (17.269 * T) / (237.3 + T)
Presión de vapor actual o real (ea) = HR * (es) / 100
Donde:
e = Exponente (ex)
HR = Humedad relativa (%)
T = Temperatura (ºC)
Por lo tanto podemos calcular el Déficit de presión de vapor como:
DPV = (es) – (ea)
2.2.4 Radiación solar
De todo el espectro electromagnético de la luz solar, llegan a la superficie terrestre
las radiaciones comprendidas entre 200 y 3000nm. Las radiaciones de onda corta,
situadas en la zona del las frecuencias visibles y en parte de las infrarrojas son las
que proporcionan la mayor cantidad de calor al ser absorbidas en la tierra.
La cobertura del invernadero permite el paso de buena parte de la radiación solar, y
retiene la radiación térmica emitida por el suelo y los cultivos, produciendo un
calentamiento interno, lo que se denomina efecto invernadero.
Los principales fenómenos fisiológicos de los vegetales encuentran su óptimo
desarrollo con las radiaciones visibles de espectro, comprendidas entre 400 y
700nm.
• La fotosíntesis; que es el proceso mediante el cual las plantas sintetizan
sustancias ricas en energía aprovechando la energía de la luz solar, se
realiza entre los 400 y 700 nm.
• El fototropismo; que es la capacidad de una planta de cambiar su
direccion de crecimiento normal cuando ocurren cambios de luz, ocurre
entre 400 y 490 nm.
• La germinación; que es el proceso en donde la planta brota de la semilla,
se incrementa entre los 400 y 490 nm.
2.3 Sensores para un sistema de monitoreo en invernadero.
Existen diferentes tipos de sensores para el uso dentro de invernaderos, para eso es
necesario tomar en cuenta el tipo de sensor que más se adecue a sus necesidades,
forma de uso y tipo de instalación del sensor.
2.3.1 sensores de temperatura y humedad relativa
No existe una tecnología de medición que sea apropiada para todas las
aplicaciones. Algunas de las tecnologías típicamente usadas son técnicas para la
medición de humedad relativa. Las mediciones de humedad relativa pueden ser
hechas por sensores basados en: psicometría, desplazamiento, resistivos,
capacitivos y por absorción de líquido.
2.3.1.1 Psicometría por bulbo húmedo/seco
La psicometría desde hace tiempo es uno de los métodos más populares para el
monitoreo de la humedad debido a su simplicidad e inherente bajo costo. Un
psicómetro típico consiste de un par de termómetros acoplados, uno de los cuales
opera en estado húmedo. Cuando el dispositivo funciona la evaporación del agua
enfría el termómetro humedecido, resultando una diferencia medible con la
temperatura ambiente o la temperatura del bulbo seco. Cuando el bulbo húmedo
alcanza su máxima caída de temperatura la humedad puede determinarse
comparando la temperatura de los dos termómetros en una tabla psicométrica. EL
psicómetro provee una alta precisión en las proximidades del punto de saturación
(100% RH) y es fácil de operar y reparar, por otra parte a baja humedad relativa
(menos del 20%) el desempeño es pobre y el mantenimiento debe intensificarse. No
puede utilizarse a temperaturas menores de 0° y, siendo el propio psicómetro una
fuente de humedad, no puede utilizarse tampoco en ambientes pequeños o
cerrados.
Los psicómetros son utilizados típicamente para el monitoreo en recintos. A
continuación en la figura 2.8 se muestra el psicómetro.
Figura 2.8.- psicómetro
2.3.1.2 Sensores por desplazamiento
Es quizás el tipo de sensor más antiguo y de uso común, utiliza un mecanismo para
medir la expansión o contracción de un cierto material que es proporcional a los
cambios en el nivel de humedad relativa. Los materiales más comunes son el nylon y
la celulosa. Las ventajas de este tipo de sensores son el bajo costo de fabricación y
es altamente inmune a la contaminación. Su desventaja es la tendencia a la
descalibración con el paso del tiempo.
2.3.1.3 Sensores de bloque de polímero seco
Están compuestos de un sustrato cerámico aislante sobre el cual se deposita una
grilla de electrodos. Estos electrodos se cubren con una sal sensible a la humedad
embebida en una resina (polímero). La resina se recubre entonces con una capa
protectiva permeable al vapor de agua. A medida que la humedad permea la capa
de protección, el polímero resulta ionizado y estos iones se movilizan dentro de la
resina. Cuando los electrodos son excitados por una corriente alterna, la impedancia
del sensor se mide y es usada para calcular el porcentaje de humedad relativa.
Por su misma estructura, este tipo de sensores son relativamente inmunes a la
contaminación superficial ya que no afecta su precisión aunque sí el tiempo de
respuesta. Debido a los valores extremadamente altos de resistencia del sensor a
niveles de humedad menores que 20% es apropiado para los rangos altos de
humedad.
2.3.1.4 Sensores capacitivos
Los sensores capacitivos (polímero orgánico capacitivo) son diseñados normalmente
con platos paralelos con electrodos porosos o con filamentos entrelazados en el
sustrato. El material dieléctrico absorbe o elimina vapor de agua del ambiente con
los cambios del nivel de humedad. Los cambios resultantes en la constante
dieléctrica causa una variación en el valor de la capacidad del dispositivo por lo que
resulta una impedancia que varía con la humedad. Un cambio en la constante
dieléctrica de aproximadamente el 30% corresponde a una variación de 0-100% en
la humedad relativa.
El material sensor es muy delgado para alcanzar grandes cambios en la señal con la
humedad. Esto permite a el vapor de agua entrar y salir fácilmente y el secado
rápido para la sencilla calibración del sensor.
Este tipo de sensor es especialmente apropiado para ambiente de alta temperatura
porque el coeficiente de temperatura es bajo y el polímero dieléctrico puede soportar
altas temperaturas. Los sensores capacitivos son también apropiados para
aplicaciones que requieran un alto grado de sensibilidad a niveles bajos de
humedad, donde proveen una respuesta relativamente rápida. A valores de
humedad superiores al 85% el sensor tiene tendencia a saturar y se transforma en
no lineal. En la figura 2.9 se muestra el sensor capacitivo.
Figura 2.9.- Sensor capacitivo
2.3.1.5 Sensores que miden la variación del tallo de la planta
Los dendrómetros son modernos sensores que miden las microvariaciones del
diámetro del tronco y tallos de las plantas.
Puesto que el diámetro de estos órganos depende de dos componentes, el propio
crecimiento de estos y de la pérdida de agua, existen unas variaciones continuas a
lo largo del día, encontrándonos cada 24 horas con un máximo y un mínimo de
grosor, a esta variación se le llama contracción, y las contracciones anormales nos
indican un estrés de la planta. A continuación en la figura 2.10 se muestra el
dendrómetro.
Figura 2.10.- Dendrómetro
2.4 Elementos que conforman al sistema de control en un invernadero.
Los requerimientos de los sistemas de control climático de un invernadero
dependerán del tipo de cultivo a cosechar, ya que para cada cultivo se tienen
diferentes parámetros climáticos para un crecimiento óptimo del mismo, además
dependerá con que grado de precisión se actuará sobre estos parámetros climáticos.
Es por ello que existen tres elementos básicos que conforman un sistema de control
del clima dentro de un invernadero los cuales son los sensores, controladores (PC,
microcontroladores, PLC, Datalogger) y actuadores (válvulas, switches).
Los sensores se utilizan para recoger la información, que comúnmente incluye
temperatura, humedad relativa, iluminación, que son los factores ambientales más
importantes que afectan el crecimiento de los cultivos dentro de un invernadero. Los
controladores se encargan de procesar la información recibida por los sensores, con
dicha información se puede evaluar el comportamiento del cultivo y tomar decisiones
de corrección.
Los actuadores son los encargados de llevar a cabo las acciones tomadas por el
controlador tales como encendido o apagado de las válvulas de riego, ventilación,
iluminación y temperatura dentro del invernadero.
2.4.1 Definición de sistema de control
Se define sistema como un conjunto de elementos que interaccionan entre sí para
alcanzar un determinado objetivo.
Sistema es un todo unitario, organizado, compuesto por dos o más partes y
delineado por los límites de un entorno. Cabe destacar que todo proceso, en
general, está constituido por varios sistemas individuales mutuamente
interactuantes. La adecuada concatenación e interrelación de los diversos sistemas
hará que cada proceso particular cumpla eficazmente con la misión para la cual se
concibió.
En base a esto un sistema de control es igualmente un conjunto de componentes
que interactúan entre sí para alcanzar un fin, donde la misma consiste en conseguir
que las variables que describen aquello que se desea controlar tomen un conjunto
de valores deseados.
Dentro de un sistema de control, el elemento indispensable es aquello que se desea
controlar en este caso pueden ser las variables climáticas. Un sistema de control
podemos ver como una planta la cual se puede describir como una caja negra con
una serie de entradas, éstas se manipulan mediante un proceso y a su vez devuelve
un conjunto de salidas (Figura 2.11).
A las señales de entrada se les conoce como señales de control, y a las de salida
como variables a controlar.
Figura 2.11.- Diagrama sistema de control
Sistemas de control de lazo abierto y lazo cerrado
Existen dos tipos de sistemas de control: sistemas de control de lazo abierto (Figura
2.12) y sistemas de control en lazo cerrado (Figura 2.13). En ambos casos para la
construcción del sistema de control es necesario añadir componentes que se
encargan de determinar que señales son necesarias enviar a los actuadores para
alcanzar el fin deseado. La diferencia entre los sistemas de control de lazo abierto y
uno de lazo cerrado se centra en que en el primer sistema calcula las señales de
control oportunas para alcanzar el objetivo u objetivos, pero no comprueba si
realmente dichos objetivos están siendo conseguidos. En cambio en el segundo se
utiliza lo que se conoce como realimentación, que consiste en medir la salida del
sistema y compararlo con el valor deseado. De esta forma se comprueba que el
controlador tomará las acciones oportunas para indicar a los actuadores que realicen
unas determinadas acciones y así poder corregirlo.
Figura 2.12.- Sistema de control de lazo abierto.
Figura 2.13.- Sistema de control del lazo cerrado.
2.4.2 Controles básicos en un invernadero.
En la actualidad los controles climáticos existentes para un invernadero dependerán
de los requerimientos del cultivo, como se mencionó anteriormente cada cultivo tiene
factores climáticos diferentes para un crecimiento óptimo del mismo, por lo que los
controles sencillos pueden llegar a ser desde temporizadores para los sistemas de
riego, hasta sistemas de control para las bajas temperaturas mediante calefactores
eléctricos o de gas controlados mediante un PLC, PC ó microcontroladores, pero los
costos en estos sistemas muchas de las veces son excesivos, ya que puede existir
una combinación de controladores (PC, PLC, microcontroladores) para un sistema
de control, además los sistemas son realizados para un determinado tipo de clima
que difiere al de nuestra región. Es por ello para la implementación de un sistema de
control dentro de un invernadero dependerá de los requerimientos climáticos
existentes en la región donde se implementará, además del tipo de cultivo, por ello
que se van a mencionar algunos de los sistemas eléctricos y electrónicos que se
utilizan actualmente en los sistemas de control y automatización.
Control mediante un PLC.
Los PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) son dispositivos
electrónicos muy usados en Automatización Industrial. Su historia se remonta a
finales de la década de 1960, cuando la industria buscó en las nuevas tecnologías
electrónicas una solución más eficiente para reemplazar los sistemas de control
basados en circuitos eléctricos con relés, interruptores y otros componentes
comúnmente utilizados para el control de los sistemas de lógica combinacional.
El PLC actúa como unidad de control a partir de la información de todos los sensores
y de la lógica de control, determinando las actuaciones a realizar dentro del sistema.
El inconveniente de estos dispositivos es que muchos de éstos sólo sirven para
encender o accionar algún otro dispositivo eléctrico (actuador), además de los costos
de un PLC va desde los 100 dólares hasta los miles de dólares. La utilización de
estos dispositivos requiere casi siempre de una PC ya que ésta es la que toma la
decisión sobre algún dispositivo que conforme el sistema, son utilizados para
controlar la lógica de funcionamiento de maquinas, plantas y procesos industriales
además de realizar operaciones aritméticas.
Los PLC´s son típicamente usados en procesos industriales para la automatización
de manufactura y que sea posible realizar cambios en el sistema de automatización.
En la figura 2.14 se muestra la utilización del PLC junto con la PC para un sistema
de control de parámetros climáticos.
Figura 2.14; Sistema de control mediante PLC.
Control mediante Datalogger
El Datalogger es un equipo electrónico autónomo para adquisición de datos y
control, utilizado para ciencia, industria e investigación, alimentado por batería.
En el control mediante Datalogger también es necesario el uso de una PC, pero a
diferencia del control mediante PLC, no es necesario mantenerla conectada al
Datalogger mediante el proceso en que se efectúa el control.
Existen diferentes tipos de Datalogger en el mercado, es necesario conocerlos para
determinar cual es el más adecuado para nuestro uso.
A continuación se presentan algunos tipos de Datalogger.
Datalogger (EM5)
Este instrumento posee 5 canales de entradas para colectar datos provenientes de
diferentes (no más de 5) instrumentos, en la figura 2.15 se muestra el dispositivo de
almacenamiento de datos (Datalogger EM5).
Figura 2.15.- Datalogger EM5
Datalogger CR10X de Campbell
Habitualmente dentro de una caja con fuente de alimentación, el CR10X muestrea
las señales de sensores, las convierte a digital, las trata y almacena los resultados.
Los datos pueden recogerse directamente en el lugar con un PC o mediante
comunicaciones remotas.
La capacidad de conectarle otros periféricos, permite aumentar la capacidad de
canales de entrada, de control o la capacidad de almacenamiento de datos, según
requiera cada aplicación.
El CR10X posee salidas de excitación para alimentar sensores pasivos tales como,
galgas extensiométricas, células de carga, transductores de presión y termistores. La
linealización para los termopares está incluida. También dispone la posibilidad de
lectura de sensores con salida RS232.
El Datalogger CR10X presenta diferentes características, a continuación se enlistan
las más sobresalientes.
Características principales:
• 12 canales de entrada simples o 6 diferenciales con 13 bits de resolución.
• Alimentación de 9.6 a 16V dc.
• Puertos I/O digitales de control, alarmas y detección de eventos.
• Hasta 2 MB de memoria.
• Almacena hasta 62,000 valores
• Una memoria flash opcional, aumenta la capacidad de almacenamiento de
datos hasta 2Mbytes (1 millón de valores)
• Funcionamiento de –25ºC a +50ºC (opcional de –55ºC a +85ºC).
• Sistema de backup con pila interna.
• Consumo: 1mA en reposo, 13mA durante el proceso y 46mA durante medidas
analógicas.
Dimensiones Medidas: 198 x 89 x 38mm (240 x 93 x 75mm con el panel de conexiones) Peso: 910 grs.
Figura 2.16; Datalogger CR10X
III. MÉTODO
En este capítulo se escribe sobre el desarrollo del sistema completo para el
monitoreo continuo del estado hídrico del suelo, planta y atmosfera bajo invernadero
del CETT910 en el Valle del Yaqui. Dando a conocer las partes que conforman el
sistema de monitoreo continuo así como su instalación, uso y mantenimiento.
3.1 Sistema de monitoreo continuo
El sistema de monitoreo continuo del estado hídrico del suelo, planta y atmosfera se
conforma por diferentes elementos con los cuales ya se contaban en el centro
experimental transferencia de tecnología 910 (CETT910). Este sistema se encuentra
dividido en 2 partes, el centro de monitoreo y el sistema de sensado, tal como se
muestra a continuación.
Centro de monitoreo está formado por:
• Datalogger CR10X
• Multiplexor AM416
• Batería de 12V
• Fuente de alimentación regulada a 12V
El sistema de sensado está formado por los siguientes sensores:
• Watermark (Sensor de humedad del suelo)
• Sensor HMP45C (Sensor de humedad relativa y temperatura ambiental)
• Dendrómetro (Sensor de variación del diámetro del tallo)
• Pyranometro SP-LITE (Sensor de radiación solar)
El Datalogger CR10X es el alma del sistema de monitoreo ya que es el que recoge
los datos obtenidos por los sensores, los trata según las especificaciones del usuario
y los almacena. Cada vez que el usuario desee observar esos datos, deberá
conectarse directamente al datalogger con una PC portátil.
De a cuerdo con las especificaciones de los componentes del sistema de monitoreo
se elaboró el diagrama esquemático que se muestra en la figura 3.1.
Sistema de monitoreo continuo
Figura 3.1.- Diagrama esquemático del sistema de monitoreo continuo
3.2 Desarrollo del sistema de sensado.
Se llevará acabo la instalación de los diferentes tipos de sensores en sus respectivas
áreas así como su cableado hasta el centro de monitoreo. Los diferentes sensores
tomarán lecturas de humedad relativa y temperatura ambiental (Sensor HMP45C),
humedad del suelo (watermark), radiación solar (SP-LITE) y variación del diámetro
del tallo (Dendrómetros) para la estimación del cálculo del déficit de presión de
vapor. Los datos serán almacenados por medio del Datalogger CR10X cada 30min,
para luego desplegarlos en una PC portátil.
Fuente Batería
Datalogger
Multiplexor
Watermark
HMP45C Pyranómetro
Dendrometro
Sistema de Sensado
Centro de Monitoreo
La figura 3.2 muestra en forma de diagrama esquemático a los sensores conectados
al centro de monitoreo para que los datos puedan ser almacenados y controlados
por el Datalogger CR10X para luego desplegar los datos en una PC portátil.
Figura 3.2.- Diagrama esquemático para el diseño del sistema de sensado.
Cada sensor se instala de manera diferente ya que son diferentes los parámetros
que mide cada uno de ellos.
A continuación se muestra la instalación de los diferentes sensores:
Los sensores watermark van instalados en el suelo a una profundidad requerida
captando así la humedad que recibe la raíz de la planta, tal como se muestra en la
figura 3.3.
watermark HMP45C Dendrómetro Pyranómetro
SP-LITE
Centro de Monitoreo
PC Portátil
Figura 3.3.- Sensor Watermark ya instalado
Debido que los sensores watermark van instalados en la tierra, previamente a la
instalación deben limpiarse dejarse en un recipiente con agua durante 24 horas para
que estos sensores mantengan el mismo nivel de humedad antes de ser
introducidos en el suelo. A continuación podemos observar a los sensores
Watermark dentro del recipiente con agua.
Figura 3.4.- Sensores Watermark dentro de recipiente con agua
El sensor de humedad relativa y temperatura ambiental (HMP45C) va montado
sobre un poste en el área de cultivo tal como se muestra en la figura 3.5.
Figura 3.5.- Sensor HMP45C
Los Dendrómetros van instalados directamente en la planta, midiendo las
variaciones en el diámetro del tallo, para poder determinar el estrés hídrico que
posee la planta. En la figura 3.6 se puede observar como esta montado el
dendrómetro.
Figura 3.6.- Dendrómetro instalado sobre la planta.
El sensor de radiación solar (Pyranómetro SP-LITE) al igual que el sensor HMP45C
va montado también sobre un poste, quedando el sensor en el área de cultivo tal
como se muestra en la figura 3.7:
Figura 3.7.- Instalación del Pyranometro SP-LITE
Con estos sensores que conforman el sistema de sensado se obtendrán los
parámetros primordiales de los cuales depende la planta para su mejor proliferación.
3.3 Centro de monitoreo mediante Datalogger CR10X
El alma del Centro de monitoreo es el Datalogger CR10X debido a que es un equipo
autónomo para adquisición de datos y control, utilizado para ciencia, industria e
investigación. El CR10X muestrea las señales de los sensores, las convierte a
digital, las trata y almacena los resultados. Estos datos pueden recogerse
directamente en el lugar con una PC o mediante comunicaciones remotas.
A continuación en la figura 3.8 se muestra el Datalogger CR10X
Figura 3.8.- Datalogger CR10X
Área de cultivo
ALIMENTACIÓN
Cualquier variación en el voltaje de alimentación del Datalogger CR10X afecta la
lectura de los sensores, por eso es necesario usar una fuente de alimentación
regulada a 12V junto con una batería de 12V.
En las siguientes imagenes se muestra como realizar las conexiones entre la fuente,
la batería y el Datalogger.
En la figura 3.9 se muestra como los cables provenientes de la fuente alimentan a la
batería y en la figura 3.10 se muestra como alimentar al Datalogger desde la batería.
Figura 3.9.- Alimentación fuente - batería
Cables provenientes De la fuente de alimentación Regulada a 12volts
Batería
Cable color rojo: Terminal positiva (+) Cable color negro: Terminal negativa (-)
Figura 3.10.- Alimentación batería – Datalogger CR10X
Para evitar problemas con las lecturas de los sensores, el Datalogger CR10X cuenta
con detección de nivel bajo de los 12V.
Si la tensión de la batería desciende por debajo de 9.6V, el CR10X suspende la
ejecución del programa para evitar medidas imprecisas y para conservar la batería
que queda. Las comunicaciones con el Datalogger son aún posibles para realizar
otro tipo de funciones.
CONEXIÓN DE SENSORES
En el invernadero se hace uso de un gran número de sensores, y el Datalogger
CR10X no tiene las suficientes entradas para conectarlos todos, por eso es
necesario el uso de un multiplexor para que todos puedan ser escaneados.
Terminales de alimentación del Datalogger
Terminales para tomar los 12V provenientes de la batería
12V (Terminal +)
Tierra (Terminal -)
El centro de monitoreo contiene al multiplexor AM416 usándose cuando el número
de sensores excede el número de entradas del Datalogger. Puede ser escaneado un
máximo de 16 sets de 4 líneas por eso el nombre de A(análogo) M(multiplexor)
4(líneas X) 16(sets) resultando un total de 64 canales de entradas simples o 32
diferenciales que pueden ser multiplexadas.
Figura 3.11.- Multiplexor AM416
Después de haber hecho las conexiones necesarias para que el centro de monitoreo
se encuentre listo para su funcionamiento, se conectan los sensores a las entradas
del multiplexor y del Datalogger CR10X según las especificaciones.
A continuación en la figura 3.12 se muestra un diagrama esquemático del centro de
monitoreo junto con el sistema de sensado.
Figura 3.12.- Diagrama esquemático del centro de monitoreo junto al sistema de sensado.
Una vez conectados los sensores al centro de monitoreo es necesario darlos de alta
en el Datalogger para que los reconozca y recolecte los resultados de sus
mediciónes. El Datalogger CR10X viene junto con un software de soporte, llamado
LoggerNet 3.2 para realizar el reconocimiento de sensores además de otras
funciones, a continuación se mencionan algunas de ellas.
• Comunicación PC – Datalogger
• Dar de alta los sensores
• Lectura de datos obtenidos por los sensores
• Cargar programas al Datalogger
• Ajustar el rango de tiempo de captura de datos
El Datalogger tomará lecturas de los sensores cada lapso de tiempo según las
especificaciones del usuario, en este caso se realizará cada 30 min. y las
almacenará en la base de datos. El usuario podrá observar esas mediciones y podrá
Datalogger Multiplexor
Sistema de sensado
Fuente de alimentación Regulada a 12V
Batería 12V
trabajar con ellas, simplemente conectando una PC portátil al puerto serial del
Datalogger y haciendo uso del programa LoggerNet 3.2.
Figura 3.13; Conexión PC – Datalogger usando cable de puerto serial
Todo esto, será documentado en forma de manual práctico para proporcionarlo a las
personas encargadas del invernadero del CETT910, para que conozcan más sobre
la instalación, manejo y mantenimiento del sistema de monitoreo continuo del estado
hídrico del suelo, planta y atmosfera instalado dentro de su invernadero.
IV. RESULTADOS
En este capítulo se presentan los resultados que se obtuvieron con el uso del
sistema de monitoreo continuo del estado hídrico. Mencionando en este documento
las ventajas que se obtienen a diferencia del monitoreo en forma manual, además se
muestran ejemplos del formato de los resultados que arroja este sistema.
4.1 Resultados obtenidos mediante el uso del Datalogger CR10X
4.1.1 Ventajas obtenidas al usar el Datalogger CR10X
Con el uso del Datalogger CR10X se obtuvieron muchas ventajas para el monitoreo
continuo del cultivo.
• Facilitó el trabajo de la recolección de datos.
• Redujo el tiempo en el que se toma muestra de los sensores.
• Debido a la rapidez con que el Datalogger CR10X obtiene y procesa los
datos, se conocen mas rápido las necesidades de las plantas, logrando así
aplicar a tiempo las medidas necesarias para impedir que tengan un
rendimiento escaso.
• Facilitó la obtención de datos a los tesistas encargados en el área de
biotecnología.
• Las plantas de pepino y tomate tuvieron un mejor rendimiento.
• Abrió la puerta a practicantes y tesistas electrónicos para continuar con
proyectos de control y comunicación mediante el mismo Datalogger CR10X
dado que también puede realizar esas funciones.
4.1.2 Elaboración de un manual sobre la instalación, uso y mantenimiento del
sistema de monitoreo continuo
Basado en el equipo que se utilizó y las experiencias obtenidas durante su
instalación y uso, se llevó a cabo la elaboración de un manual para orientar e instruir
al usuario sobre la instalación, manejo y mantenimiento del sistema de monitoreo
continuo con el Datalogger CR10X como base.
Se redactó en forma sencilla y en un lenguaje accesible, personas que no tienen
conocimiento sobre el área de electrónica tuvieron la oportunidad de leer este
manual obteniendo buenos comentarios sobre el mismo, pudiendo interpretarlo
fácilmente.
El manual para la instalación, manejo y mantenimiento del sistema de monitoreo
continuo del estado hídrico del suelo, planta y atmosfera bajo invernadero híbrido del
CETT910 se encuentra en los anexos de este documento.
4.2 Ejemplos del formato de los resultados que arroja el sistema
Las siguientes tablas contienen los datos obtenidos por los diferentes sensores que
se encontraban monitoreando un área del cultivo de tomate, se muestran solo los
datos obtenidos en un periodo de 24 horas ya que son demasiados datos los que se
obtuvieron durante todo el ciclo de cultivo.
Sensores Watermark
Tabla 4.1 datos obtenidos por los sensores Watermark
Sensor HMP45C
Tabla 4.2 datos obtenidos por el sensor HMP45C
Pyranómetro SP-LITE
Tabla 4.3 datos obtenidos por el Pyranómetro SP-LITE
Tabla Dendrómetro
Tabla 4.4 datos obtenidos mediante los Dendrómetro
Figura 3.14.- gráfica estrés hídrico
CONCLUSIÓN
Se realizó la evaluación del Sistema de Monitoreo Continuo haciendo uso del
Datalogger CR10X obteniendo un eficaz monitoreo de las variables climáticas y del
comportamiento del cultivo dentro del invernadero del CETT910.
En un invernadero es necesario llevar a cabo la evaluación del comportamiento del
cultivo para actuar de manera que las variables climáticas se mantengan dentro de
los límites aceptables por las plantas. Evidentemente llevar a cabo el monitoreo de
los parámetros de cultivo haciendo uso de la tecnología electrónica, como lo son los
sensores de humedad del suelo, radiación, estrés hídrico, temperatura y humedad
relativa otorgan una gran ventaja para conocer las necesidades de la planta y
mejorar la producción hortícola, aún así existen diferentes problemas para llevar a
cabo el monitoreo continuo de dichos parámetros dentro del invernadero, tales como
los puntos que se mencionan a continuación:
• Es necesario tomar muestras las 24 horas, durante el transcurso del ciclo de
cultivo.
• Es necesario tomar lectura a los diferentes sensores con su lector
correspondiente.
• El proceso de tomar lectura a todos los sensores instalados debe ser mas
rápido que el lapso de tiempo que se deja entre cada muestreo.
• Los datos de la lectura de los sensores es registrada a mano.
• Para llevar a cabo el proceso de monitoreo y registro de datos manualmente
es necesario que lo realicen varios trabajadores a la vez para lograr hacerlo
dentro del rango de tiempo permitido.
• Más gasto en contratación de personal.
• Los datos obtenidos al leer los sensores no se encuentran en los
parámetros correspondientes, por lo cual deben de hacerse las
conversiones necesarias.
• Es necesario registrar todos los datos obtenidos de las mediciones en una
PC para manejarlos fácilmente.
Al agregar el Datalogger CR10X al sistema, para que se haga cargo del monitoreo
de los sensores, además de realizar otras funciones, se eliminaron todos los
problemas mencionados en los puntos anteriores y obteniendo como ventajas como
las que se mencionan en los siguientes puntos.
Ventajas obtenidas con el uso del Datalogger CR10X:
• El Datalogger CR10X escannea a todos los diferentes sensores y lo hace en
cuestión de segundos.
• Puedes variar el rango de tiempo entre cada escanneo adecuándolo según
los resultados que se obtienen de los sensores.
• Almacena los datos obtenidos por las mediciones de los sensores y las
presenta en tablas de Excel.
• No es necesario dejar trabajadores tomando lectura de los sensores las 24
horas.
• Una sola persona puede ir y revisar los datos con el uso de una PC portátil
ahorrando tiempo y evitando gastos en contratación de más personal.
• Pueden cargarse diferentes programas al Datalogger para que realice
diferentes funciones de acuerdo a nuestras necesidades, tales como realizar
ecuaciones para la conversión de unidades, cálculo del déficit de presión de
vapor, obtener la evapotranspiración máxima de cultivo, etc.
• Fácil instalación, manejo y mantenimiento del sistema.
• Además de llevar a cabo la función de monitorear, también el Datalogger
CR10X tiene funciones para control, alarmas y detección de eventos.
Con el uso de este sistema de monitoreo mediante el Datalogger CR10X, se
obtuvieron los datos de manera rápida y práctica.
Disponer de la información especifica en un solo documento como el manual de
usuario para el sistema de monitoreo continuo logra que se facilite y ahorre tiempo
de conseguir la información necesaria para la instalación, uso y mantenimiento del
mismo haciendo uso de pasos con lenguaje accesible para su mejor comprensión.
A continuación se mencionan las diferentes observaciones y sugerencias que
surgieron en el transcurso de la implementación y uso del sistema de monitoreo
continuo.
Observaciones y Sugerencias
• Instalación eléctrica apropiada dentro del invernadero, para alimentar todo
el sistema de monitoreo además de otros aparatos que se usan dentro del
mismo.
• Uso de canaletas para facilitar el cableado de los sensores, con ellas, el
cableado se realiza de manera más ordenada además se evita que el cable
o la estructura del invernadero se maltrate.
• Uso de canastas para guardar los sensores después de desinstalarlos,
estas canastas se instalarían a la misma altura de las canaletas por las
cuales pasan los cables del mismo sensor, evitando así quitar todo el
cableado al finalizar el periodo de cultivo y volver a instalarlo al inicio del
periodo.
• Es recomendable que los sensores HMP45C y Pyranómetro SP-LITE se
instalen al centro del cultivo, y se varíe su altura según el crecimiento que
va teniendo la planta.
• Realizar calibración continua de los sensores (consultar los archivos .pdf de
Campbell del sensor a calibrar).
• Verificar que el Datalogger siempre se encuentre alimentado con 12V.
• Uso de SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) para evitar problemas
cuando se va la luz, además de mejora la calidad de la energía eléctrica
que llega a los aparatos, filtrando subidas y bajadas de tensión y eliminando
armónicos de la red.
APÉNDICE
MANUAL DE USUARIO
AUTOR: ING. GERARDO A. GAXIOLA ROJAS
Capítulo 01 Descripción del equipo ........................................................................ 6
Centro de monitoreo ............................................................................ 7
Sistema de sensado .......................................................................... 11
Capítulo 02 Instalación y Conexión del equipo ..................................................... 17
Alimentación y conexión del Datalogger CR10X............................................. 18
Montaje de los sensores ................................................................................. 23
Conexión de sensores en Datalogger CR10X ................................................ 29
Capítulo 03 Manejo del equipo ............................................................................. 33
Establecer comunicación entre la PC y el Datalogger .................................... 34
Alta de sensores en LoggerNet 3.2................................................................. 38
Recolección y lectura de datos ....................................................................... 41
Capítulo 04 Opciones avanzadas ......................................................................... 43 Capítulo 05 Recomendaciones y mantenimiento del equipo................................. 47 Capítulo 06 Anexos .............................................................................................. 50
LISTA DE TABLAS Y FIGURAS
ÍNDICE
Tabla 1.- Relación color – función en terminales del HMP45C ................................30
Figura 1.- Diagrama esquemático del sistema de monitoreo continuo.......................3
Figura 2.- Datalogger CR10X.....................................................................................7
Figura 3.- Multiplexor AM416 .....................................................................................9
Figura 4.- Sensor WATERMARK .............................................................................11
Figura 5.- Sensor HMP45C ......................................................................................13
Figura 6.- Pyranómetro SP-LITE..............................................................................14
Figura 7.- Circuito eléctrico del SP-LITE ..................................................................15
Figura 8.- Dendrómetro ............................................................................................16
Figura 9.- Gabinete de seguridad, Repisa de apoyo
Soporte para la fuente de alimentación ....................................................18
Figura 10.- ubicación del poste para montar el centro de monitoreo........................19
Figura 11.- alturas de montaje del centro de monitoreo ...........................................19
Figura 12.- alimentación de la fuente a la batería ....................................................20
Figura 13.- alimentación de la batería al Datalogger................................................21
Figura 14.- Conexiones Datalogger – Multiplexor ....................................................22
Figura 15.- Sensores Watermark sumergidos en agua ............................................24
Figura 16.- Sensor Watermark instalado..................................................................25
Figura 17.- Sensor HMP45C ....................................................................................26
Figura 18.- Medida y posición para la instalación del sensor HMP45C...................26
Figura 19.- Instalación del Pyranómetro SP-LITE ....................................................27
Figura 20.- Dendrómetro instalado en la planta .......................................................28
Figura 21.- Conexión sensores Watermark..............................................................29
Figura 22.- Conexión del Sensor HMP45C en el Datalogger ..................................30
Figura 23.- Terminales del Pyranómetro SP-LITE....................................................31
Figura 24.- Conexión del Pyranómetro en Datalogger CR10X.................................31
Figura 25.- Conexión Dendrómetros ........................................................................32
Figura 26.- Conexión PC – Datalogger usando cable de puerto serial.....................34
Figura 27.- Icono de LoggerNet 3.2..........................................................................35
Figura 28.- Barra de herramientas de LoggerNet 3.2...............................................36
Figura 29.-selección de Datalogger y comunicación del mismo con la PC ..............36
Figura 30.- Comunicación PC – Datalogger .............................................................37
Figura 31.- PC – Datalogger incomunicados............................................................37
Figura 32.- Sección Data Displays, botón 1… fila numeric .....................................38
Figura 33.- ventana CR10X Numeric Display 1........................................................39
Figura 34.- selección de sensores............................................................................40
Figura 35.- Sensores dados de alta .........................................................................40
Figura 36.- Colección de datos.................................................................................41
Figura 37.- Lectura de datos ....................................................................................42
Figura 38.- Botón EZSetup de la barra de herramientas..........................................44
Figura 39.- Botones Setup, Connect y Status de la barra de herramientas .............44
Figura 40.- Botones ShortCut, EDlog y CRBasic de la barra de herramientas ........45
Figura 41.- Botón Split de la barra de herramientas.................................................45
Figura 42.- Botón View de la barra de herramientas ................................................46
Figura 43.-botones RTMC Dev y RTMC RT de la barra de herramientas................46
Figura 44.- botón PakBus Graph de la barra de herramientas.................................46
Introducción
El Centro experimental Transferencia de Tecnología 910 (CETT910) cuenta con un
invernadero de tipo híbrido de 40 x 60 metros, donde se realiza experimentación en
los cultivos de tomate, pepino y chile bell pepper.
Actualmente el invernadero cuenta con un sistema de monitoreo continuo del estado
hídrico del suelo, planta y atmosfera obteniendo así los parámetros de humedad
relativa y temperatura ambiental, temperatura y humedad del suelo, radiación solar y
el cálculo de déficit de presión de vapor para relacionarlo con el desarrollo del
cultivo.
Sistema de monitoreo continuo
El sistema de monitoreo continuo se encuentra dividido en 2 partes, el centro de
monitoreo y el sistema de sensado.
Centro de monitoreo está formado por:
• Datalogger CR10X
• Multiplexor AM416
• Batería de 12V
• Fuente de alimentación regulada a 12V
El sistema de sensado está formado por los siguientes sensores:
• Watermark (Sensor de humedad del suelo)
• Sensor HMP45C (Sensor de humedad relativa y temperatura ambiental)
• Dendrómetro (Sensor que mide la variación del diámetro del tallo)
• Pyranómetro SP-LITE (Sensor de radiación solar)
El Datalogger CR10X es el alma del sistema de monitoreo, ya que es el que recoge
los datos obtenidos por los sensores, los trata según las especificaciones del usuario
y los almacena. Cada vez que el usuario desee observar esos datos, deberá
conectarse directamente al datalogger con una PC portátil.
A continuación en la figura 1 se muestra el diagrama esquemático de cómo se
conforma el sistema de monitoreo continuo.
Sistema de monitoreo continuo
Figura 1.- Diagrama esquemático del sistema de monitoreo continuo
Fuente Batería
Datalogger
Multiplexor
Watermark
HMP45C Pyranómetro
Dendrómetro
Sistema de Sensado
Centro de Monitoreo
Alcance y Descripción del manual
Finalidad del manual
Orientar e instruir al usuario sobre la instalación, manejo y mantenimiento del
sistema de monitoreo continuo usando al Datalogger CR10X como base del centro
de monitoreo debido a su amplio juego de operaciones. Describiendo puntos desde
las características de los elementos que conforman al sistema hasta el manejo del
equipo utilizando el software LoggerNet 3.2 de campbell.
El Manual contiene información acerca de cómo instalar, manejar y dar
mantenimiento al sistema de monitoreo continuo del invernadero del CETT910
incluyendo los siguientes temas:
• Descripción del equipo.
• Instalación y conexión del centro de monitoreo.
• Instalación del sistema de sensado.
• Conexión de los sensores al Datalogger CR10X.
• Comunicación entre la PC portátil y el Datalogger CR10X.
• Manejo del equipo utilizando el software LoggerNet 3.2
• Recomendaciones y mantenimiento del equipo
Cómo utilizar el manual
Si es la primera vez que trabaja con el Datalogger CR10X, es recomendable que lea
todo el Manual del sistema de monitoreo continuo del invernadero del CETT910. Si
ya dispone de los conocimientos necesarios, consulte el índice para encontrar la
información que precise.
En los anexos se proporcionan informaciones adicionales (datos técnicos de los
equipos, etc.)
El Manual del sistema de monitoreo continuo se divide en los siguientes capítulos:
• Capítulo 1.- “DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO” describe la función y las
características principales de todos los elementos que conforman el sistema
completo de monitoreo continuo.
• Capítulo 2.- “INSTALACIÓN Y CONEXIÓN DEL EQUIPO” informa acerca de la
instalación y conexión del centro de monitoreo, así como la instalación de los
sensores y su conexión con el datalogger CR10X.
• Capítulo 3.- “MANEJO DEL EQUIPO” informa acerca de cómo establecer
comunicación entre el datalogger y una PC portátil, como dar de alta los
sensores en el software LoggerNet 3.2 y también como leer y recolectar los
datos.
• Capítulo 4.- “OPCIONES AVANZADAS” describe las diferentes funciones que
contiene el software LoggerNet 3.2 para realizar diversas tareas.
• Capítulo 5.- “RECOMENDACIONES Y MANTENIMIENTO” contiene diversos
puntos para el mantenimiento del equipo así como las recomendaciones para
facilitar y mejorar la instalación del sistema.
En este capítulo se describen los componentes que conforman al centro de
monitoreo y al sistema de sensado, además de mencionar sus características
principales.
01
Capítulo
En el centro de monitoreo se encuentran elementos encargados de alimentar al
sistema de monitoreo continuo además de los elementos encargados de efectuar la
recolección de datos, manejarlos y almacenarlos. El centro de monitoreo está
formado por los siguientes componentes:
• Datalogger CR10X
• Multiplexor AM416
• Batería de 12V
• Fuente de alimentación regulada a 12V
A continuación se describen cada uno de ellos.
DATALOGGER CR10X
El Datalogger CR10X es el alma del centro de monitoreo ya que es el que recoge los
datos obtenidos por los sensores, los trata según las especificaciones del usuario y
los almacena.
Debido a que los sensores que se conectan al datalogger son elementos pasivos,
este debe alimentarse con 12V y evitar que este voltaje varíe, en la figura 2 se
muestra el datalogger CR10X.
Figura 2.- Datalogger CR10X
El Datalogger CR10X es un equipo electrónico autónomo para adquisición de datos
y control, utilizado para ciencia, industria e investigación.
Habitualmente dentro de una caja con fuente de alimentación. El CR10X muestrea
las señales de los sensores, las convierte a digital, las trata y almacena los
resultados. Estos datos pueden recogerse directamente en el lugar con una PC o
mediante comunicaciones remotas.
Características principales:
• 12 canales de entrada simples o 6 diferenciales con 13 bits de resolución.
• Alimentación de 9.6 a 16V dc.
• Puertos I/O digitales de control, alarmas y detección de eventos.
• Hasta 2 MB de memoria.
• Almacena hasta 62,000 valores
• Una memoria flash opcional, aumenta la capacidad de almacenamiento de
datos hasta 2Mbytes (1 millón de valores)
• Funcionamiento de –25ºC a +50ºC (opcional de –55ºC a +85ºC).
• Sistema de backup con pila interna.
• Consumo: 1mA en reposo, 13mA durante el proceso y 46mA durante medidas
analógicas.
MULTIPLEXOR AM416
La función primaria del Multiplexor AM416 es la de incrementar el número de
sensores que puedan ser escaneados por el Datalogger CR10X. Usándose cuando
el número de sensores excede el número de entradas del Datalogger. Puede ser
escaneado un máximo de 16 sets de 4 líneas por eso el nombre de A(análogo)
M(multiplexor) 4(líneas X) 16(sets) resultando un total de 64 canales de entradas
simples o 32 diferenciales que pueden ser multiplexadas, que junto con las entradas
del datalogger serian un total de 76 canales de entradas simples o 38 diferenciales.
En la figura 3 podemos observar el multiplexor AM416.
Figura 3.- Multiplexor AM416
FUENTE DE ALIMENTACIÓN
Una fuente de alimentación es el elemento activo que es capaz de generar una
diferencia de potencial entre sus terminales o proporcionar una corriente eléctrica.
Convierte la tensión alterna de la red industrial en una tensión prácticamente
continua.
La fuente de alimentación debe de regularse a 12V para mantener la carga de la
batería que alimentará constantemente al Datalogger.
BATERÍA
Una batería eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía
eléctrica por un proceso químico transitorio, con el cual se va disminuyendo su
actividad con el tiempo y es necesario cargarlo de energía con una fuente eléctrica.
Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la batería,
llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o ánodo y el
otro es el polo negativo o cátodo.
El Datalogger es alimentado por una batería que a su vez es alimentada por una
fuente debido a 2 motivos importantes.
• La batería estará a su máxima carga para alimentar al datalogger en caso de
que el invernadero se quede sin corriente eléctrica.
• Al conectar la batería entre el datalogger y la fuente de alimentación, se evitan
variaciones de voltaje a la entrada del datalogger.
El sistema de sensado está formado por los sensores que medirán los diferentes
parámetros ambientales, del suelo y del cultivo.
A continuación se describen cada uno de ellos.
• Watermark (Sensor de humedad del suelo)
• Sensor HMP45C (Sensor de humedad relativa y temperatura ambiental)
• Dendrómetro (Sensor de variación del diámetro del tallo)
• Pyranómetro SP-LITE (Sensor de radiación solar)
WATERMARK (SENSOR DE HUMEDAD DEL SUELO)
El sensor Watermark se utiliza para la medición de la humedad de la tierra, se
introducen en el suelo al mismo nivel que la raíz de la planta. Esta medición es
necesaria para tener control de la frecuencia y dosis de los riegos.
Los sensores de humedad de la tierra Watermark® pueden utilizarse en todos los
cultivos y con todos los métodos de riego. A continuación en la figura 4 se muestra el
sensor WATERMARK.
Figura 4.- Sensor WATERMARK
Características del sensor Watermark:
• Se adaptan a casi todos los suelos que normalmente se cultivan, hasta los
más arcillosos.
• Pueden reflejar tensiones comprendidas de 20 a 200kPa.
• Es afectada por la temperatura del suelo.
• No requieren mantenimiento y pueden dejarse en el suelo durante
temporadas completas ya que no son sensibles al frío.
• Compensan automáticamente por variaciones de salinidad del suelo que, de
otro modo falsificarían las lecturas.
• Construcción robusta en acero inoxidable y plásticos especiales para una
larga vida sin problemas.
• Especialmente indicado en cultivos de larga duración.
HMP45C (SENSOR DE TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA)
El sensor HMP45C mide la temperatura y humedad relativa que hay en el ambiente,
contiene una resistencia de platino que detecta la temperatura y un sensor
capacitivo para la humedad relativa, a continuación se muestra en la figura 5 al
sensor HMP45C.
Figura 5.- Sensor HMP45C
Características:
• Debe ser alimentado con 12V y su consumo es de poco menos de 4
miliamperes.
• La temperatura a la que trabaja está en el rango de -40°C a +60°C mostrando
a su salida un rango de 0.008 a 1V.
• El rango de medición de la humedad relativa es de: 0% a 100% mostrando a
su salda un rango de 0. 8 a 1V
PYRANÓMETRO SP-LITE (SENSOR DE RADIACIÓN SOLAR)
El sensor SP-LITE es usado para medir la radiación solar, mide la energía solar que
recibe en la parte superior, teniendo una visión de 180°. En la figura 6 se muestra el
Pyranómetro SP-LITE.
Figura 6.- Pyranómetro SP-LITE
Características:
• La salida es expresada en Watts sobre metro cuadrado (Wm-2).
• Tiene una sensitividad de 10µV/(Wm-2)
• Es designado para el uso continuo.
• La sensitividad eléctrica del fotodiodo cambia con la temperatura, el valor
nominal es del 0.2% de cambio por °C.
Figura 7.- Circuito eléctrico del SP-LITE
DENDRÓMETRO (VARIACIÓN DEL DIAMETRO DEL TALLO)
Los dendrómetros son modernos sensores que miden las microvariaciones del
diámetro del tronco y tallos de las plantas.
Puesto que el diámetro de estos órganos depende de dos componentes, el propio
crecimiento de estos y de la pérdida de agua, existen unas variaciones continuas a
lo largo del día, encontrándonos cada 24 horas con un máximo y un mínimo de
grosor, a esta variación se le llama contracción, y las contracciones anormales nos
pueden indicar estrés en la planta. En la figura 8 se muestra el dendrómetro
instalado en la planta.
Figura 8.- Dendrómetro
En este capítulo se describe la manera en que deben de instalarse los elementos del
sistema de monitoreo continuo, también la forma en que se llevan a cabo las
conexiones internas y de alimentación del centro de monitoreo. Además de las
conexiones entre el sistema de sensado y el centro de monitoreo.
02
Capítulo
Antes de realizar las conexiones es necesario verificar si el centro de monitoreo se
encuentra montado adecuadamente, para esto se recomienda seguir las siguientes
consideraciones de montaje.
• Si los elementos del sistema de monitoreo no están instalados dentro del
invernadero, se encuentran guardados dentro del almacén del CETT910, en
caso de no ser así, pregunte al doctor encargado de la investigación.
• Se cuenta con un gabinete de seguridad en el cual van montados el
datalogger, la batería y el multiplexor, además se cuenta con una repisa de
apoyo y un soporte metálico para la fuente de alimentación tal como se
muestra en la figura 9.
Figura 9.- a la izquierda se muestra el gabinete de seguridad y a la derecha la repisa de apoyo y
el soporte para la fuente de alimentación.
• Localizar el área de cultivo que será monitoreado para determinar en qué
poste vertical se montará el centro de monitoreo. Es recomendable montarlo
en el 2do poste desde el pasillo hacia dentro, a un lado del cultivo tal como se
muestra en la figura 10.
Figura 10.- ubicación del poste para montar el centro de monitoreo.
• El gabinete de seguridad, la repisa de apoyo y el soporte para la fuente de
alimentación se sujetan al poste con abrazaderas metálicas a las alturas que
se muestran en la figura 11.
Figura 11.- alturas de montaje del centro de monitoreo.
Después de haber instalado el centro de monitoreo, es necesario hacer las
conexiones adecuadas para su funcionamiento.
A continuación se muestra la manera en que se deben de hacer las conexiones
de alimentación (fuente de alimentación - batería, batería – Datalogger) y las
conexiones datalogger - multiplexor para que funcionen de acuerdo a nuestras
necesidades.
Nota: evitar que los cables queden tensos al conectarlos.
1. Conexión Fuente de alimentación – Batería: Primeramente la fuente de
alimentación debe de regularse a 12v. sus terminales deben conectarse en
las entradas bajo las terminales de la batería, estas se encuentran en el
soporte donde va montada la batería (véase la figura 12).
Figura 12.- alimentación de la fuente a la batería.
Terminales provenientes De la fuente de alimentación Regulada a 12volts Batería
Cable color rojo: Terminal positiva (+) Cable color negro: Terminal negativa (-)
2. Conexión Batería – Datalogger: para alimentar al Datalogger es necesario
tomar 12v y enviarlos a la entrada que se encuentra en la parte superior
derecha del Datalogger, esto se muestra en la figura 12.
Figura 13.- alimentación de la batería al Datalogger
Terminales de alimentación del Datalogger
Terminales para tomar los 12v provenientes de la batería
12v (Terminal +)
Tierra (Terminal -)
3. Conexión Datalogger – Multiplexor: las conexiones entre el Datalogger
CR10X y el Multiplexor AM416 deben de hacerse según sus especificaciones,
a continuación en la figura 14 se muestra el diagrama de conexiones entre
ambos.
Figura 14.- Conexiones Datalogger – Multiplexor
La resistencia que va conectada en el Datalogger entre las terminales H1 y E1
es una resistencia de porcelana de 1KΩ de 10W.
Para realizar el montaje de los sensores es necesario tomar en cuenta las
consideraciones de cableado y de seguridad de los mismos.
Al realizar el cableado, es necesario tener en cuenta la distancia y el camino que
recorrerán los cables de los sensores hasta llegar al Datalogger. Arriba de los
cultivos corren líneas de acero, unas son utilizadas para sostener las plantas y hay
otras líneas que son parte de la estructura del invernadero, debido a que no existen
canaletas especiales para hacer el cableado de los sensores, estas líneas pueden
ser utilizadas para hacer el cableado.
Puntos importantes al hacer el cableado de los sensores hasta el Datalogger:
• Los cables de los sensores no deben quedar tensos, porque las plantas al
crecer en ocasiones sujetan y jalan los cables pudiendo ocasionar que el
sensor se mueva de lugar, se desconecte o se dañe la planta.
• Cuidar de no maltratar las plantas.
• Marcar los cables para identificar el tipo y número de sensor, para evitar
conexiones erróneas al datalogger.
SENSOR DE HUMEDAD DEL SUELO: WATERMARK
Este sensor se introduce en el suelo para poder tomar las lecturas de humedad.
Antes de instalar los sensores Watermark, es necesario sumergirlos en agua
durante 24 horas para humedecer la capsula logrando que estos sensores se
nivelen a la misma humedad antes de instalarse, tal como se muestra en la figura
15.
Figura 15.- Sensores Watermark sumergidos en agua
Para la instalación de estos sensores es necesario seguir los siguientes pasos:
1. Después de haber estado sumergidos los sensores 24 horas en agua, se
procede a limpiar con un trapo limpio el bulbo de cada sensor con el fin de
eliminar alguna impureza como moho o lodo.
2. En una cubeta se hace una pasta de agua con tierra muy fina (de la misma
tierra donde se sembrará la planta) hasta producir un lodo suave, que no
quede muy espeso.
3. Ubicar las plantas que servirán de muestra.
4. Con un tubo del mismo grosor del sensor, se hace un agujero a la
profundidad requerida a la mitad de distancia entre una planta y otra.
5. Llenar el agujero con la pasta hecha previamente, esto es para que al
introducir el sensor, no queden huecos con aire que impidan el contacto
directo entre la tierra y este.
6. Introducir el sensor.
Figura 16.- Sensor Watermark instalado
SENSOR DE TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA: HMP45C
Figura 17.- Sensor HMP45C
Debido a que este sensor, mide la humedad relativa y la temperatura del ambiente,
debe instalarse a una altura de 1.80m aproximadamente sobre el área a sensar. Las
terminales de este sensor, son algo cortas, por lo que se recomienda instalarlo en el
mismo poste donde está instalado el centro de control. A continuación en la figura
18, se muestra su instalación.
Figura 18.- Medida y posición para la instalación del sensor HMP45C
1.80m
SENSOR DE RADIACIÓN SOLAR: Pyranómetro SP-LITE
El Pyranómetro mide la energía solar que percibe gracias al fotodiodo que contiene
en la parte superior, percibe la luz solar de la misma manera que las plantas, en un
rango de 180°, por lo que es necesario ponerlo en la misma área donde se
encuentran las plantas para así tener mas exactitud al detectar la radiación solar que
llega a ellas.
Este sensor va instalado a 2m de altura, además cuenta con una burbuja de
nivelación.
A continuación en la figura 19 se muestra la forma en que debe ser instalado.
Figura 19.- Instalación del Pyranómetro SP-LITE
VARIACIÓN DEL DIÁMETRO DEL TALLO: Dendrómetro
Debido a que los dendrómetros son sensores que toman los datos directamente de
la planta, midiendo la variación del grosor del tallo, es necesario tener un mayor
cuidado con el trato de las plantas al instalar el sensor.
Por este motivo, se recomienda que solo se efectúe el cableado de estos sensores,
la instalación del dendrómetro en la planta será realizada por la persona encargada
del cultivo.
NOTA: Este sensor debe ser instalado cuando el grosor del tallo de la planta
mida aproximadamente 1cm.
A continuación en la figura 20 se muestra el dendrómetro instalado en la planta.
Figura 20.- Dendrómetro instalado en la planta
Antes de conectar los sensores al Datalogger, es necesario tener bien identificado el
tipo, la posición y el número de sensor que se conectará.
Conexión de sensores Watermark
Estos sensores van conectados al multiplexor, la terminal positiva en H1 y la
negativa en L1, el número máximo de sensores Watermark que pueden ser
conectados es de 16 sensores tal como se muestra en la figura 21.
Figura 21.- Conexión sensores Watermark
Conexión sensor HMP45C
Todas las terminales de este sensor van conectadas directamente al Datalogger,
contiene 8 terminales de diferentes colores según su función, véase la figura 22.
A continuación se muestra una tabla con el color de cada Terminal y su función
correspondiente:
Tabla 1.- Relación color – función en terminales del HMP45C
Figura 22.- Conexión del Sensor HMP45C en el Datalogger.
Conexión Pyranómetro SP-Lite
El pyranómetro SP-LITE cuenta con 3 terminales de diferentes colores, en la figura
23 se indica el color y la función de cada terminal.
Figura 23.- Terminales del Pyranómetro SP-LITE
Las terminales del Pyranómetro se conectan directamente al Datalogger tal y como
se muestra en la figura 24:
Figura 24.- Conexión del Pyranómetro en Datalogger CR10X
Conexión Dendrómetros
Los dendrómetros tienen 4 terminales, 2 son para la alimentación de 12V debido a
que son sensores activos y las otras 2 terminales son para las mediciones, estas
ultimas van conectadas al multiplexor, la terminal positiva (color negro) en H2 y la
negativa (color amarillo) en L2, el número máximo de dendrómetros que se pueden
conectar es de 16, tal como se muestra en la figura 25.
Figura 25.- Conexión Dendrómetros
En este capítulo se describe la manera de manejar el equipo, tales como establecer
comunicación entre la PC y el datalogger, como dar de alta los sensores en el
software Loggernet 3.2, como realizar la lectura y recolección de los datos, entre
otros.
03
Capítulo
NOTA: esta sección está enfocada a las personas que tengan acceso directo a
la PC portátil destinada al proyecto, tales como el encargado del invernadero; el
ingeniero, tesista o practicante a cargo del sistema de monitoreo.
La comunicación de la PC con el Datalogger CR10X requiere los siguientes
elementos:
• Convertidor puerto serial a usb.
• CD – software LoggerNet 3.2
Conecte el extremo del cable USB del convertidor a la PC y el extremo del
convertidor conéctelo al puerto serial del Datalogger CR10X.
Figura 26.- Conexión PC – Datalogger usando cable de puerto serial
El Datalogger hace uso de un software especial llamado LoggerNet 3.2, LoggerNet
permite programar, comunicar y recoger datos de los Dataloggers Campbell
mediante una PC. Este software de 32-bit es compatible con todos los Dataloggers
desde los más recientes hasta los ya obsoletos.
Con este software se pueden realizar las siguientes funciones:
• Crear programas del datalogger.
• Visualización de datos y gráficos.
• Construir una pantalla personalizada para ver datos o controlar banderas y puertos
de control.
• Recolección de datos en tiempo real o programado.
• Post-procesar archivos de datos.
• Exportar datos a paquetes de análisis.
• Comunicación con módulos de almacenamiento.
• Recolección de datos manual o programada.
• Cargar sistema operativo al datalogger y configurar dispositivos.
Para iniciar la comunicación entre el datalogger y la PC, verifique que el software
LoggerNet 3.2 se encuentre instalado en la PC, si no es así, es necesario instalarlo.
Una vez localizado o instalado el programa en la PC, se inicializa el programa dando
doble clic al icono de LoggerNet 3.2 presente en el escritorio de la PC. (Ver figura
27).
Figura 27.- Icono de LoggerNet 3.2
Se abrirá una barra de herramientas, se selecciona el botón Connect como se
muestra en la figura 28.
Figura 28.- Barra de herramientas de LoggerNet 3.2
Se abrirá una ventana llamada Connect Screen donde se selecciona el tipo de
Datalogger que se está usando, en este caso es el CR10X, después da clic en el
botón Connect de esa misma ventana tal y como se muestra en la figura 29.
Figura 29.- selección de Datalogger y comunicación del mismo con la PC
Si la PC logró realizar la conexión con el Datalogger, aparecerá un aviso que la
comunicación se realizó satisfactoriamente, el botón Connect aparecerá como
Disconnect junto con un ícono de conexión, mostrados en la figura 30.
Figura 30.- Comunicación PC - Datalogger
Si la PC no logró realizar la conexión con el Datalogger, aparecerá una nota que no
se logró la comunicación entre ambos y junto al botón Connect se verá un ícono de
desconexión, tal como se muestra en la figura 31.
Figura 31.- PC – Datalogger incomunicados
En caso de que no se haya logrado la comunicación, verifique que el cable que
comunica a la PC y al datalogger se encuentre correctamente conectado e intente
establecer comunicación nuevamente.
Una vez realizada la conexión, se procede a dar de alta a los sensores involucrados.
Sobre la misma ventana Connect Screen mostrada en la figura 27, ubicar la
sección Program, en esta sección se carga el programa a utilizar en el datalogger.
Este programa contiene los códigos necesarios de cada sensor para que sean
reconocidos por el datalogger, en las hojas de datos de cada sensor vienen los
códigos de programación. Después es necesario ajustar el tiempo del reloj del
programa y el tiempo real en la sección Clocks.
A continuación se visualiza la sección Data Displays, en ella se encuentran 2 filas
de botones, una llamada Graphs y otra numeric. Los botones 1, 2 y 3 de la fila
numeric, representan los grupos o áreas de cultivo. Para definir un grupo de
sensores de un cultivo, se presiona el botón 1 de numeric. (Ver la figura 32).
Figura 32.- Sección Data Displays, botón 1… fila numeric
Al llevar a cabo el paso anterior, se abrirá la ventana mostrada en la figura 33, que
contiene varias columnas vacías. En la parte inferior de esta ventana, hay un botón
llamado Add… se presiona ese botón para seleccionar de una lista los tipos de
sensores que se agregarán.
Figura 33.- ventana CR10X Numeric Display 1
En la figura 34, se muestra ventana de selección, aparecen 2 columnas, Tables y
Fields. Selecciona Input_Locations de la columna Tables, entonces en la columna
Fields aparecerán los diferentes tipos de sensores que se agregaron por medio del
programa. Se selecciona el sensor deseado y se presiona el botón Paste. Se repite
este paso para todos los sensores involucrados.
Figura 34.- selección de sensores
Una vez seleccionados los sensores, la ventana de la figura 33 (CR10X Numeric
Display 1) se verá de la siguiente manera (ver figura 35):
Figura 35.- Sensores dados de alta
RECOLECCIÓN DE DATOS
Primeramente es necesario tener abierta la ventana Connect Screen, visualizar la
sección llamada Data Collection y dar clic al botón Collect Now como se muestra
en la figura 36:
Figura 36.- Colección de datos
Una vez realizado esto, el Datalogger empezará a colectar los datos leídos en ese
periodo por los sensores que han sido dados de alta en el programa.
LECTURA DE DATOS
Para la lectura de los datos es necesario abrir la ventana CR10X Numeric Display
1 tal y como se hizo en los pasos para dar de alta los sensores, véase que la
columna que se encontraba vacía a lado de los sensores, ahora contiene los
resultados de la lectura de cada sensor, tal como se muestra en la figura 37.
Figura 37.- Lectura de datos
En la sección de opciones avanzadas se describen las funciones de las diferentes
herramientas del software LoggerNet 3.2 además de las ya mencionadas
anteriormente.
04
Capítulo
A continuación se describen las diferentes funciones que contiene la barra de
herramientas del software LoggerNet 3.2
EZSetup
Figura 38.- Botón EZSetup de la barra de herramientas
Esta herramienta ofrece una facilidad de varios pasos del tipo asistente que le guiará
durante la conexión de una manera sencilla. El asistente también puede usarse para
modificar los ajustes de comunicación de una estación existente.
Setup, Connect, Status
Figura 39.- Botones Setup, Connect y Status de la barra de herramientas
Estas herramientas se usan para fijar o cambiar parámetros del datalogger, ver el
estado de las comunicaciones, poner el reloj en hora, visualizar datos en tiempo real,
enviar programa del PC al datalogger y recoger datos manualmente o programados.
ShortCut, Edlog, CRBasic
Figura 40.- Botones ShortCut, EDlog y CRBasic de la barra de herramientas
LoggerNet permite diferentes opciones de programación de los dataloggers.
ShortCut es la opción más fácil de utilizar, genera programas de forma directa en
cuatro pasos. Soporta cerca de 100 sensores (incluye medidas genéricas) y
multiplexores. Edlog y CRBasic proporcionan mayor potencia de programación.
Tanto Edlog como CRBasic disponen de una extensa lista de instrucciones en las
que hay que llenar campos y así generar el programa de datalogger. Difieren en el
datalogger que soportan. Edlog soporta el CR500, CR510, CR10(X), CR21, CR23X,
CR7. CRBasic soporta la serie CR200, CR1000, CR3000, CR5000 y CR9000(X).
Split
Figura 41.- Botón Split de la barra de herramientas
Split se utiliza para post-proceso de los ficheros de datos y crear informes. Ordena y
combina datos basados en tiempo o condiciones, realiza cálculos, convierte el
posible formato de día Juliano a formatos más convencionales, y proporciona salidas
en HTML.
View
Figura 42.- Botón View de la barra de herramientas
Presenta los datos en forma de tablas o gráficos de líneas de evolución.
Control y Monitorización en tiempo real (RTMC)
Figura 43.-botones RTMC Dev y RTMC RT de la barra de herramientas
RTMC Dev permite crear pantallas personalizadas, de datos en tiempo real, flags,
puertos control y datos históricos. Permite mostrar objetos digital, tablas, gráficos y
booleanos, así como también alarmas. Se pueden combinar datos de diferentes
dataloggers en una misma pantalla. Las pantallas complejas se pueden distribuir en
distintas pestañas.
RTMC-RT permite a PCs remotos de la red visualizar las pantallas RTMC diseñadas.
PakBus Graph (PBGraph)
Figura 44.- botón PakBus Graph de la barra de herramientas
PakBusGraph muestra de forma gráfica la red de dataloggers conectados al servidor
LoggerNet. Desde este mismo gráfico se pueden configurar los diferentes
dispositivos PakBus y cambiar la configuración de los dispositivos remotos.
05
Capítulo
RECOMENDACIONES
• Instalación eléctrica apropiada dentro del invernadero, para alimentar todo
el sistema de monitoreo además de otros aparatos que se usan dentro del
mismo.
• Uso de canaletas para facilitar el cableado de los sensores, con ellas, el
cableado se realiza de manera más ordenada además se evita que el cable
o la estructura del invernadero se maltrate.
• Uso de canastas para guardar los sensores después de desinstalarlos,
estas canastas se instalarían a la misma altura de las canaletas por las
cuales pasan los cables del mismo sensor, evitando así quitar todo el
cableado al finalizar el periodo de cultivo y volver a instalarlo al inicio del
periodo.
• Es recomendable que los sensores HMP45C y Pyranómetro SP-LITE se
instalen al centro del cultivo, y se varíe su altura según el crecimiento que
va teniendo la planta.
• Realizar calibración continua de los sensores (consultar los archivos .pdf de
Campbell del sensor a calibrar).
• Verificar que el Datalogger siempre se encuentre alimentado con 12V.
• Uso de SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) para evitar problemas
cuando se va la luz, además de mejora la calidad de la energía eléctrica
que llega a los aparatos, filtrando subidas y bajadas de tensión y eliminando
armónicos de la red.
MANTENIMIENTO
• No golpear el equipo (sensores, Datalogger, fuente de alimentación,
batería, PC portátil, etc.)
• Revisar que las plantas no usen como tutores los cables de los sensores.
• Revisar el estado de los cables.
• Centro de monitoreo: remover el polvo que se acumule, de preferencia
hacerlo con uso de aire.
• Mantener cerrado el gabinete de seguridad del centro de monitoreo para
evitar que el equipo se dañe.
• Watermark: evitar moverlos o desenterrarlos. Dado que la calibración de los
watermark se realiza de acuerdo con los tensiómetros, es necesario aplicar
alguisida a los tensiómetros para evitar el crecimiento de algas dentro de
ellos.
• HMP45C: limpiarlos usando aire para remover el polvo que se le acumula,
no mojar.
• Pyranómetro SP-LITE: limpiarlo cuidadosamente con un algodón con
alcohol.
• Dendrómetros: revisar que se encuentren sujetos a la planta y evitar que la
aguja se despegue.
En este capítulo se muestran las hojas de datos y especificaciones de los elementos
que conforman al sistema de monitoreo continuo.
06
Capítulo
HMP45C (SENSOR DE TEMP. Y HUMEDAD RELATIVA)
WATERMARK (SENSOR DE HUMEDAD DEL SUELO)
PYRANOMETRO SP-LITE (SENSOR DE RADIACIÓN SOLAR)
MULTIPLEXOR AM416
