UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN

‘

PROFESOR: VILLEGAS GRIFALDO JOSE LUIS

24/MAYO/2012

1

“HIDROINVERNADERO FAC”

S E M I N A R I O D E I N G E N I E R Í A

M E C Á N I C A E L É C T R I C A

A L U M N O S :

A M A D O R F L O R E S A R T U R O

A R E L L A N O B U E N D Í A N A N C Y

P A L O M A R E S S O T E L O A N G E L

J E S Ú S

P É R E Z N I E T O M A R I B E L

ÍNDICE

ÍNDICEPRESENTACIÓN 3PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4JUSTIFICACIÓN 5OBJETIVOS 6

CAPÍTULO 1SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD EN UN

INVERNADERO HIDROPONICO

1.1 ¿Qué es un invernadero a base de hidroponía? 7 1.1.1 ¿Qué es hidroponía?

1.2 Origen de la hidroponía 8 1.3 Antecedentes de control de temperatura y humedad 101.4 Importancia del control de temperatura y humedad 111.5 Tipos de control de temperatura y humedad 131.6 Sistemas de alimentación de energía solares 18

CAPÍTULO 2CUIDADO Y MANUTENCIÓN DEL CULTIVO EN UN INVERNADERO POR

HIDROPONIA

2.1 Ventajas y desventajas 202.2 Materiales usados como sustratos 222.3 Ventilación 262.4 Concentración de CO 262.5 Riego 26

CAPÍTULO 3PROPUESTA TECNOLÓGICA DEL INVERNADERO FAC

3.1 Control de temperatura 293.1.1 Componentes requeridos 293.1.2 Diagrama de conexión 30 3.1.3 Control de iluminación 323.2 Control de humedad 343.2.1 Componentes requeridos 343.2.2 Diagrama de conexión 353.3 Control de riego 363.4 Aplicación en el cultivo 383.5 Tipo de invernadero 383.5.1 Partes y diseño 39

BIBLIOGRAFÍA 42

2

ANEXOS 43A) Cuadro de símbolos eléctricos español/inglesB) Tabla de referencia para el sistema de riego (listado de direcciones)C) Instructivo de mantenimiento y operación

3

PRESENTACIÓN

El prototipo consiste en un sistema de control para invernadero hidropónico, en el cual se busca una buena producción de un cultivo de acuerdo a tres factores que son: temperatura, iluminación y humedad/riego.

La estructura física del invernadero hidropónico consta de un rectángulo que termina en un triángulo en la parte superior, y que es mejor conocido como tipo capilla, la cual sirve para aislar factores climáticos no deseados como lluvia excesiva, granizo, la luz solar en exceso, las heladas y vientos fuertes, entre otros.

Para la experimentación de los nuevos sistemas de control adaptados al invernadero hidropónico es necesario determinar el tipo de cultivo que se emplea en el invernadero, en este caso son las hortalizas, tomando en cuenta dos opciones disponibles: la primera sería sembrar la semilla, la segunda sería sembrar los tallos desarrollados, variando en el tiempo de cultivo, se busca lograr una producción de mejor calidad y económica.

El sistema de iluminación está constituido por un fototransistor que enciende una lámpara a la llegada de la noche, el de temperatura es un sensor que activa un ventilador, y el de humedad está constituido por un circuito de dos electrodos que van conectados al suelo los cuales envían la señal que activa la bomba.

Para tener un mayor control del riego en el interior del invernadero se usan sensores, los cuales envían señales a un PLC (Controlador Lógico Programable), en donde indica la cantidad de humedad en la tierra y por lo tanto determina si es que al terreno le hace falta agua o se encuentra bien.

El prototipo se ha diseñado con el propósito de construir un invernadero hidropónico en el cual la intervención de la mano de obra del ser humano sea mínima, ya que será controlado por sistemas automatizados, su costo será bajo, puesto que todos los sistemas son económicos pero útiles para el propósito que se está requiriendo en esta aplicación.

4

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Las personas que se dedican al cultivo en los invernaderos hidropónicos, tienen un gran desgasto físico a la hora de realizar su mantenimiento y cuidado, sin mencionar que en ocasiones tienen una gran pérdida de ganancias, debido a que tienen que pagar la mano de obra para el cuidado del invernadero hidropónico.

Implementar un control de temperatura permite que todos los factores climáticos internos del invernadero puedan ser regulables, se logra un mayor beneficio que convendrá tanto a los productores como a los cultivos del invernadero. Permitiendo un mayor control del interior del invernadero que constará de la forma comúnmente llamada de capilla, la cual será adaptada para los propósitos del invernadero tecnológico.

5

JUSTIFICACIÓN.

Este prototipo puede ser fabricado por aquellas personas que estén interesadas en tener una fuente de alimentos con una inversión relativamente baja y que les de buenos resultados, y que no cuenten con el tiempo necesario para atenderlo.

En la actualidad el proceso o modo de siembra a través de los invernaderos se ha vuelto muy popular, pero requiere que se le dedique una gran cantidad de tiempo en el cuidado tanto de la estructura propia del invernadero, como del cultivo mismo. Por todo lo anterior es que se recomienda usar sistemas automatizados para invernadero.

Estos sistemas están diseñados para usarse dentro de un invernadero, con los cuales se tiene un control adecuado del clima en el interior, que propicia un desarrollo óptimo del producto, y por ende mejor calidad.

Cabe mencionar que si se consideran las ganancias que se obtiene a mediano plazo con este tipo de invernadero, se ve en realidad una ganancia mayor a la de los otros invernaderos; además puede contar con una fuente de ingresos que esté constantemente dando fruto a quienes lo utilicen, ya que se puede obtener un producto que en ciertas épocas del año no se da, lo cual representa una ventaja para los productores.

6

OBJETIVOS

Diseñar un invernadero hidropónico de bajo costo para el proyecto de azoteas verdes, que será controlado en su interior por medio de sistemas automatizados, que se encargaran de regular las condiciones climáticas, y el control de riego en el interior del mismo para obtener una mejor producción y calidad del producto y tener producción en cantidad sin que el ser humano intervenga y además poder mantener las condiciones del fruto para lograr optimizarla.

7

CAPÍTULO 1SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD EN UN

INVERNADERO HIDROPONICO

1.1.- ¿QUÉ ES UN INVERNADERO A BASE DE HIDROPONÍA?

1.1.1.- ¿QUÉ ES HIDROPONÍA?

La hidroponía o agricultura hidropónica es un método utilizado para cultivar plantas usando soluciones minerales en vez de suelo agrícola. En condiciones naturales, el suelo actúa como reserva de nutrientes minerales, pero el suelo en sí no es esencial para que la planta crezca. Las raíces reciben una solución nutritiva equilibrada disuelta en agua con todos los elementos químicos esenciales para el desarrollo de las plantas, que pueden crecer en una solución mineral únicamente, o bien en un medio inerte, como arena lavada, grava o perlita, entre muchas otras.

Cuando los nutrientes minerales son introducidos dentro del suministro de agua de la planta, ya no se requiere el suelo para que la planta prospere. Casi cualquier planta terrestre puede crecer con hidroponía, pero algunas pueden hacerlo mejor que otras. La hidroponía es también una técnica estándar en la investigación biológica, en la educación y un popular pasatiempo.

Hoy en día esta actividad está alcanzando un gran auge en los países donde las condiciones para la agricultura resultan adversas, combinando la hidroponía con un buen manejo del invernadero se llegan a obtener rendimientos muy superiores a los que se obtienen en cultivos a cielo abierto. Es una forma sencilla, limpia y de bajo costo, para producir vegetales de rápido crecimiento y generalmente ricos en elementos nutritivos. Con esta técnica de agricultura a pequeña escala se utilizan los recursos que las personas tienen a mano, como materiales de desecho, espacios sin utilizar, tiempo libre.

El cultivo sin suelo es justamente un conjunto de técnicas recomendables cuando no hay suelos con aptitudes agrícolas disponibles. El esquema consiste en: una fuente de agua que impulsa por bombeo agua a través del sistema, recipientes con soluciones madre -nutrientes concentrados-, cabezales de riego y canales construidos donde están los sustratos, las plantas, los conductos para aplicación del fertiriego y el recibidor del efluente.

8

Figura 1. Muestra de tipos de invernaderos hidropónicos

1.2.-ORIGEN DE LA HIDROPONÍA

Las soluciones minerales para el aporte de nutrientes requeridas para cultivos hidropónicos no fueron desarrolladas hasta el siglo XIX, cuando los investigadores en fisiología vegetal descubrieron en que las plantas absorben los minerales esenciales por medio de iones inorgánicos disueltos en el agua.

El primer trabajo publicado sobre crecimiento de plantas terrestres sin suelo fue, Sylva Sylvarum (1627) de sir Francis Bacon. Después de eso, la técnica del agua se popularizó en la investigación. En 1699, John Woodward publicó sus experimentos de esta técnica con la menta verde. Woodward observó que las plantas crecían peor en agua destilada que en fuentes de agua no tan purificadas. Los primeros en perfeccionar las soluciones nutrientes minerales para el cultivo sin suelo fueron los botánicos alemanes Julius von Sachs y Wilhelm Knop en la década de 1860. El crecimiento de plantas terrestres sin suelo en soluciones minerales (solution culture) se convirtió rápidamente en una técnica estándar de la investigación y de la enseñanza y sigue siendo ampliamente utilizada. Esta técnica ahora se considera un tipo de hidroponía donde no hay medio inerte.

En 1928, el profesor William Frederick Gericke de la Universidad de Berkeley, en California fue el primero en sugerir que los cultivos en solución se utilizasen para la producción vegetal agrícola. Gericke causó sensación al hacer crecer tomates y

9

otras plantas que alcanzaron tamaños notables (mayores que las cultivadas en tierra) en soluciones minerales. Por analogía con el término geopónica (que significa agricultura en griego antiguo) llamó a esta nueva ciencia hidroponía en 1937, aunque él afirma que el término fue sugerido por el Dr. W.A. Setchell, de la Universidad de California de hydros (regar) y ponos (trabajo).

Los informes sobre este trabajo y las fervientes afirmaciones de Gericke de que la hidroponía revolucionaría la agricultura provocaron una gran cantidad de peticiones de información adicional. Gericke rehusó desvelar sus secretos, ya que había realizado los estudios en su casa y en su tiempo libre. Este hecho provocó su abandono de la universidad de California. En 1940, escribió el libro, Complete Guide to Soilless Gardening (Guía Completa del Cultivo sin Suelo).

Uno de los primeros éxitos de la hidroponía ocurrió durante la segunda guerra mundial cuando las tropas estadounidenses que estaban en el Pacífico, pusieron en práctica métodos hidropónicos a gran escala para proveer de verduras frescas a las tropas en guerra con Japón en islas donde no había suelo disponible y era extremadamente caro transportarlas.

En la actualidad (2010) es posible adquirir un kit para montar un pequeño sistema de cultivos hidropónicos hogareños por menos de 200 €. Las técnicas de cultivo sin suelo (CSS) son utilizadas a gran escala en los circuitos comerciales de producción de plantas de tabaco, (floating) eliminando así las almácigas en suelo que precisan bromuro de metilo para desinfectar el suelo de malezas, patógenos e insectos. También en Holanda y otros países con alto grado de desarrollo en cultivos intensivos las técnicas de CSS han avanzado, desarrollando industrias conexas y numerosas tecnologías que tienen que ver con el desarrollo de nuevos medios de cultivo como la perlita, la lana de roca, la fibra de coco o cocopeat, la cascarilla de arroz tostada y otros medios apropiados para sostener las plantas en casa

Al tener en cuenta la economía y el posible impacto ambiental se desarrollaron los sistemas cerrados o recirculantes. El manejo de estos nuevos sistemas requiere una tecnología más compleja. Como se menciona más arriba, existe una serie de desarrollos en el ámbito de los sustratos, además de ciertos automatismos desarrollados para facilitar el control de las soluciones y que éstas no varíen sus parámetros químicos. Tanto la hidroponia y la fertirrigación han dado pie al desarrollo de instrumental de control como PH-metros y conductímetros en línea, así como a procesadores que mantienen el control mediante válvulas solenoides o hidraúlicas, para que la solución pueda ser equilibrada mediante programas de computadoras que determinan el agregado de ácidos cuando sube el pH, la dilución cuando se eleva la conductividad eléctrica y otros procesos de control que llegan a interactuar con el ambiente en que las plantas están evolucionando en tamaño y en su desarrollo.

10

Figura 2. Forma de cultivo en un invernadero hidropónico

1.3.- ANTECEDENTES DE CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD

El clima es el resultado de numerosos factores que actúan conjuntamente. Los accidentes geográficos, como montañas y mares, influyen decisivamente en sus características.

Para determinar estas características podemos considerar como esenciales un reducido grupo de elementos: la temperatura, la humedad y la presión del aire. Sus combinaciones definen tanto el tiempo meteorológico de un momento concreto como el clima de una zona de la Tierra.

La temperatura depende de diversos factores, por ejemplo, la inclinación de los rayos solares. También depende del tipo de sustratos (la roca absorbe energía, el hielo la refleja), la dirección y fuerza del viento, la latitud, la altura sobre el nivel del mar, la proximidad de masas de agua. La humedad indica la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Depende, en parte, de la temperatura, ya que el aire caliente contiene más humedad que el frio.. Para medir la humedad se utiliza un instrumento llamado "hidrómetro".

Durante el periodo entre la cosecha y el consumo, el control de temperatura es el factor más importante para mantener la calidad de los productos. Cuando se separan de la planta madre, las frutas, hortalizas y flores son aún tejidos vivos que respiran. La conservación del producto a la temperatura más baja posible (0 C para cultivos templados ó 10-12 C para los tropicales o subtropicales sensibles a daño por frío) aumentará la vida útil del mismo, ya que las temperaturas bajas disminuyen la tasa de respiración y la sensibilidad al etileno, reduciendo además la pérdida de agua. Es importante evitar el daño por frío, dado que los síntomas incluyen: incapacidad para madurar (bananas y tomates), desarrollo de "picado" o áreas deprimidas (naranjas, melones y pepinos), pardeamiento (aguacates,

11

chirimoyas), aumento de la susceptibilidad a la pudrición (pepinos y judías) y desarrollo de sabores desagradables (tomate) (Shewfelt, 1990).

Si se dispone de energía eléctrica, los sistemas de refrigeración proveen la fuente de frío más segura. Sin embargo, existen métodos sencillos para enfriar producto en lugares donde no se dispone de electricidad o ésta es demasiado cara.

Algunos ejemplos de sistemas alternativos (tomado de Kader et al, 1985) incluyen la ventilación con aire nocturno, el enfriamiento radiante, el enfriamiento evaporativo, el uso de hielo y zonas subterráneas (sótanos para raíces en el campo, cuevas), o el almacenamiento a grandes altitudes.

1.4.-IMPORTANCIA DEL CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD

Además de la luz y el dióxido de carbono, las plantas, ya estén cultivadas en exterior o en invernaderos, necesitan un suplemento de aire fresco. El movimiento de aire ayuda a mantener los niveles ideales de parámetros como la temperatura, la humedad o el dióxido de carbono en el invernadero. Estos parámetros deben controlarse de forma efectiva para evitar un buen número de problemas. La transpiración es el proceso mediante el cual las plantas devuelven agua a la atmósfera, y ésta sólo ocurre cuando la temperatura del aire circundante no es ni muy alta ni muy baja. El movimiento del aire permite la dispersión del calor y el control de la temperatura para facilitar la transpiración.

Figura 3. Ejemplo de ventilación

1.4.1.-Temperatura.

Este es el parámetro más importante a tener en cuenta en el manejo del ambiente dentro de un invernadero, ya que afecta directamente las funciones de fotosíntesis, respiración, permeabilidad de la membrana celular, absorción de agua y nutrientes, transpiración, actividades enzimáticas,...etc.

12

Las reacciones biológicas de importancia no pueden desarrollarse si la temperatura del invernadero está por debajo de 0ºC, o por encima de 50ºC. El límite inferior corresponde al punto de congelación del agua y el superior a la desnaturalización de las proteínas. La temperatura óptima varía según las especies, pero casi siempre está comprendida entre 10º y 25ºC. Las plantas pueden tolerar temperaturas más bajas durante períodos cortos de tiempo, pero debe evitarse el acercarse a este valor letal.

En cuanto a las bajas temperaturas, los cultivos tienen un valor umbral más elevado que el punto de congelación del agua, umbral que determina para cada especie la temperatura mínima por debajo de la cual las plantas cesan de crecer normalmente (ya sea cualitativa o cuantitativamente). No existe un acuerdo común entre los distintos autores sobre la manera de determinar el valor umbral entre las distintas plantas cultivadas, pero no es este un tema a tratar aquí. Como mera indicación las fresas tienen su umbral alrededor de 7°C y los tomates alrededor de 12°C.

Si el cultivo dispone de suficiente luz, (véase el apartado 4.2.) la temperatura es el factor de mayor influencia en las tasas de crecimiento y desarrollo de las plantas. Los experimentos muestran que la tasa de crecimiento de la planta aumenta con la temperatura hasta llegar a un nivel deseado óptimo.

Para el manejo de la temperatura es importante conocer las necesidades y limitaciones de la especie cultivada. 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. 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 temperatura en el interior del invernadero, va a estar en función de la radiación solar, comprendida en una banda entre 200 y 4000 mm, la misión principal del invernadero será la de acumular calor durante las épocas invernales.

1.4.2.-Humedad:

La humedad del invernadero es otro factor cuya importancia determina que deba ser controlada. El agua es absorbida por las plantas a través de procesos metabólicos normales y la sobrante es expulsada en forma de vapor de agua mediante la transpiración. Este proceso se acelera con altas temperaturas ya que las plantas, para mantenerse frescas, expulsan más vapor de agua. Los niveles

13

de humedad ideal oscilan entre el 40-60%. Si ésta es más elevada, puede afectar a la absorción del dióxido de carbono ya que la capacidad de las estomas se ve mermada. Una alta humedad puede provocar también, problemas de condensación, por lo que la oscilación de aire se presenta como algo necesario

Es importante mantener la humedad en torno al 60 % durante las primeras fases del proceso, ya que los organismos encargados de la descomposición de los materiales necesitan un cierto contenido en agua para desarrollar su actividad.

1.5.- TIPOS DE CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD

I. TemperaturaComo ya se ah mencionado anteriormente la temperatura es una de los factores más sobresalientes que un invernadero debe tener para poder llevar a cabo su operación de forma correcta, y cumplir así con el fin que fueron creados.

Para poder subir o bajar la temperatura se debe contar con un control que permita el control de la misma, pero de no ser posible esto existen otras formas de realizar este proceso, algunas son:

1. Cómo subir la temperatura Invernadero bien cerrado, estanco. Cubierta de plástico térmico. Empleo de doble techo limita el enfriamiento nocturno. Forma una cámara

de aire que amortigua el enfriamiento durante la noche; durante el día no hay diferencia en temperatura teniendo o no el doble techo, pero sí disminuye la cantidad de luz.

Calefacción por aire caliente o agua caliente.

2. Cómo bajar la temperatura Ventilación lateral. Encalado (cal o blanco España), 10 kilos en 100 litros de agua a la cubierta.

Para evitar un aumento de la temperatura, puedes encalar los cristales entre primavera y otoño y aumentar el nivel de humedad regando o mojando el suelo.

Mallas blancas o negras. No se colocan dentro del invernadero porque se calienta mucho, sino fuera.

Pantallas térmicas con aluminio que reflejan la radiación (ver figura 3).

14

Figura 4. Muestra de pantalla térmica con aluminio

Existen diferentes tipos de controles de temperatura algunos de los más importantes son:

A) La temperatura del sueloLa temperatura del suelo es incluso más importante que la temperatura del aire en un invernadero. Cuando la temperatura del suelo está por debajo de 7ºC, las raíces crecen más despacio y no absorben fácilmente el agua ni los nutrientes. Un suelo templado es muy importante para que las semillas germinen y para se desarrollen las raíces.

La temperatura ideal para la germinación de la mayoría de las semillas es 18-25ºC. Para mantener una temperatura agradable dentro del invernadero puede que tengamos que bajar la intensidad de la iluminación. De hecho, los problemas de sobrecalentamiento son más comunes que los de un calentamiento deficiente. Para impedir la entrada de los rayos de sol podemos colgar mallas de sombreo.

En el cultivo en invernadero es difícil regular las altas temperaturas, especialmente en verano. Por tanto, es conveniente disponer de un sistema de ventilación en la cubierta o contar con una malla de sombreo (hay mallas pero puede servir el brezo o un cañizo) por fuera. También es aconsejable mojar frecuentemente el suelo del invernadero o disponer un cubo o barreño con agua para mantener la humedad alta.

B) Por calefacciónDependiendo del emplazamiento y de las plantas que vayamos a cultivar, necesitaremos una fuente de calor adicional para complementar el que genera la radiación solar. Algunas sugerencias muy recomendables son: instalación de tuberías de agua caliente. En el perímetro interno del invernadero es un método muy empleado. Otra forma de hacer circular aire caliente dentro del invernadero

15

consiste en instalar un ventilador cerca de una estufa de gas o aceite. Sea cual sea el sistema de calefacción que empleemos debemos asegurarnos de que tiene una buena ventilación y una entrada de aire fresco.

C) Por ventilaciónLa ventilación es un aspecto fundamental sea cual sea el tiempo que haga. La ventilación puede ser manual o eléctrica. Los respiraderos deben estar situados en posiciones bajas y elevadas para establecer un flujo de aire adecuado. Unos extractores colocados en la parte alta del invernadero ayudan a expulsar el aire más caliente (más elevado), mientras que permiten entrar aire fresco (más bajo). Ventila los días de buen tiempo pero cuidado con el frío nocturno (ver figuras 5 y 6).

Figura 5. Ventilación por apertura

Figura 6. Ventilación por ventiladores

16

D) Por iluminaciónA mayor luminosidad en el interior del invernadero se debe aumentar la temperatura, la HR y el CO2, para que la fotosíntesis sea máxima; por el contrario, si hay poca luz pueden descender las necesidades de otros factores. Para mejorar la luminosidad natural se usan los siguientes medios:

Materiales de cubierta con buena transparencia. Orientación adecuada del invernadero. Materiales que reduzcan el mínimo las sombras interiores. Aumento del ángulo de incidencia de las radiaciones sobre las cubiertas. Acolchados del suelo con plástico blanco. En verano para reducir la luminosidad se emplean: Blanqueo de cubiertas. Mallas de sombreo. Acolchados de plástico negro.

Es interesante destacar el uso del blanqueo ya que esta labor está en función del desarrollo del cultivo y de las temperaturas, y tiene efectos contradictorios que hay que conocer para hacer un correcto uso. Hay que saber que la planta sombreada se ahila y se producen abortos de flores en determinadas especies sensibles a la luz (especialmente tomate, pimiento y berenjena), por lo que el manejo del riego y de la solución nutritiva tiene que ir unida al efecto que produce el blanqueo.

1. Cómo aumentar la luz Orientar el invernadero. Cuando no hay otra limitación, la orientación

recomendable es el eje longitudinal del invernadero de este a oeste Evitar sombras. Evitar acumulación de polvo y agua en las cubiertas y paredes. Usar iluminación artificial con lámparas de sodio de alta presión.

2. Cómo reducir la luz del solPor medio de mallas de sombreo (ver figura 7 y 8).

17

FFigura 7. Iluminación artificial

Figura 8. Malla de sombreo

II. HumedadLa humedad se mide con un higrómetro. El índice de temperatura-humedad (índice T-H, también llamado índice de incomodidad) expresa con un valor numérico la relación entre la temperatura y la humedad como medida de la comodidad o de la incomodidad. Se calcula sumando 40 al 72% de la suma de las temperaturas en un termómetro seco y en otro húmedo.

18

La humedad es otro factor que se emplea en un invernadero y por lo tanto es de importancia para el mismo. El principal tipo de sistema de control de humedad es el riego en el interior del invernadero.

A) RiegoLas plantas jóvenes y de crecimiento activo necesitan una humedad constante, mientras que un cactus maduro requiere muy poca cantidad. Las plantas con exceso de agua se marchitan debido a que sus raíces se ahogan. Si notamos que la tierra está seca a 3 cm de profundidad, debemos regarla. No debemos convertir el riego en un hábito o hacerlo según el calendario, sino sólo cuando las plantas lo necesiten (ver figura 8).

En días fríos y nublados reduce el riego. Emplea preferentemente agua templada (18-25ºC). Regar por la mañana para minimizar la condensación de la superficie de las hojas cuando caiga la tarde, ya que esto podría ser una causa de enfermedades.

Figura 9. Ejemplo de forma de riego

1.6.- SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA SOLARES

La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol.

Desde que surgió se le catalogó como la solución perfecta para las necesidades energéticas de todos los países debido a su universalidad y acceso gratuito ya

19

que, como se ha mencionado anteriormente, proviene del sol. Para los usuarios el gasto está en el proceso de instalación del equipo solar (placa, termostato…). Este gasto, con el paso del tiempo, es cada vez menor por lo que no nos resulta raro ver en la mayoría de las casas las placas instaladas. Podemos decir que no contamina y que su captación es directa y de fácil mantenimiento.

La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce a través de la absorción de la radiación, por ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde, si bien, al final de su vida útil, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante difícilmente reciclable al día de hoy.

La potencia de la radiación varía según el momento del día; las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de radiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiancia.

La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.

La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²).

Según informes de Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.[]

20

CAPÍTULO 2CUIDADO Y MANUTENCIÓN DEL CULTIVO EN UN INVERNADERO

POR HIDROPONIA

2.1.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS

La clasificación de los cultivos hidropónicos ha evolucionado más recientemente hacia formas abiertas o cerradas dependiendo de si vuelcan el efluente o reutilizan la solución nutritiva como forma de protección ambiental y una mayor economía en su utilización.

2.2.1.- VENTAJAS:

Una de las ventajas que tiene la hidroponía sobre el cultivo en tierra es que permite una mayor concentración de plantas por metro cuadrado, ya que las plantas al encontrar al alcance los nutrientes, no desarrollan raíces grandes, permitiéndonos colocar las plantas más cerca unas de otras.

Esto es muy notorio cuando cultivamos plantas chaparras como por ejemplo fresas y lechugas, así como también al cultivar forraje hidropónico, donde podemos colocar las plantas unas sobre otras; y es verdad que se pueden cultivar hasta 180 plantas de fresa por metro cuadrado haciendo el cultivo de manera vertical.

Existe un control sobre la nutrición vegetal gracias al uso de soluciones nutritivas, a diferencia del cultivo en suelo donde hay dependencia de los nutrientes de la tierra; facilitando así que se pueda obtener un fruto estandarizado, de mejor tamaño y calidad.

Debido a que en la hidroponía se tiene un control sobre los nutrientes que recibe la planta, se puede cultivar exitosamente cualquier variedad vegetal cuya nutrición sea través de su raíces (una manera larga de decir "plantas carnívoras no"). A diferencia del cultivo en tierra donde uno, en la mayoría de los casos, se acopla a las condiciones del suelo.

Obviamente existen otros factores, como son las condiciones climáticas, pero estas se pueden llegar a controlar en gran medida mediante el uso de un invernadero.

En algunos casos, mas no en todos, el tiempo de desarrollo de la planta se acorta, como por ejemplo, en las lechugas, donde en tierra su ciclo antes del consumo es de aprox. 3.5 meses, cuando en hidroponía, en la técnica hidropónica de raíz flotante las podemos cultivar en tan solo 1.5 meses a partir de su germinación. Esto último no aplica para plantas como el jitomate.

21

Un cultivo hidropónico consume una cantidad mucho menor de agua que un cultivo en tierra, ya que en el cultivo en tierra el 80 % del riego se filtra a las capas inferiores de la tierra y otro porcentaje del riego, al estar en contacto directo con el sol, se evapora; mientras que en un cultivo hidropónico se evita la filtración del agua así como su evaporación, por lo que el consumo de agua es mucho menor.

Al cultivar por hidroponía, se obtienen cultivos en mejor estado que los cultivados en tierra, ya que gran parte de los virus, bacterias y plagas provienen de la tierra. Es por esto último que es tan importante trabajar sobre un sustrato desinfectado, ya que la hidroponía nos da la oportunidad de trabajar sobre un medio esterilizado, lo cual es valorado por muchos consumidores.

El cultivo hidropónico requiere conocimientos avanzados para quien se proponga realizar un cultivo comercial. Al no usar suelo ya no se cuenta con el efecto amortiguador o buffer que brinda un suelo agrícola. Tiene también diversos problemas con la oxigenación de las raíces y no es algo que pueda llamarse limpio cuando se realiza a escala comercial. Para gente con tiempo libre que quiere divertirse, para investigación, para demostraciones a alumnos sobre la esencialidad de ciertos elementos químicos, aún para quien quiera cultivar en un contenedor, una pequeña tina, para cultivar en naves espaciales o para cultivos en gran escala, presentará diversos niveles de complejidad, sobre todo si se quiere que sea una actividad económica y tenga bajo impacto ambiental.

2.1.2.- DESVENTAJAS: En la hidroponía la planta es dependiente completamente del cuidado del

hidrocultor, a diferencia de la tierra donde la planta se puede desarrollar por cuenta propia.

La inversión inicial de un cultivo hidropónico es mayor a la inversión de un cultivo en tierra, ya que se requiere el equipo indispensable para echar a andar el proyecto.

La desinformación así como un gran surtido de productos costosos, extravagantes e innecesarios, hacen parecer a la hidroponía como una técnica de otro mundo e inalcanzable para la mayoría de la gente.

22

Figura 10. Muestra de tipos de recipientes para cultivo

2.2.- MATERIALES USADOS COMO SUSTRATOS

El término sustrato, que se aplica en agricultura, se refiere a todo material, natural o sintético, mineral u orgánico, de forma pura o mezclado, cuya función principal es servir como medio de crecimiento y desarrollo a las plantas, permitiendo su anclaje y soporte a través del sistema radical, favoreciendo el suministro de agua, nutrientes y oxígeno.

El cultivo de plantas en sustrato difiere marcadamente del cultivo de plantas en suelo. Así, cuando se usan contenedores, el volumen del medio de cultivo, del cual la planta debe absorber el agua, oxígeno y elementos nutritivos, es limitado y significativamente menor que el volumen disponible para las plantas que crecen en campo abierto.

En la actualidad existen una gran cantidad de materiales que pueden ser utilizados para la elaboración de sustratos, y su elección dependerá de la especie vegetal a propagar, tipo de propágulo, época, sistema de propagación, precio, disponibilidad y características propias del sustrato.

Los sustratos deben tener gran resistencia al desgaste o a la meteorización y es preferible que no tengan sustancias minerales solubles para no alterar el balance químico de la solución nutritiva que será aplicada (según se explicará más adelante). El material no debería ser portador de ninguna forma viva de macro o micro organismo, para disminuir el riesgo de propagar enfermedades o causar daño a las plantas, a las personas o a los animales que las van a consumir.

23

Lo más recomendable para un buen sustrato es que:

Las partículas que lo componen tengan un tamaño no inferior a 0,5 y no superior a 7 milímetros.

Retengan una buena cantidad de humedad (ver la capacidad de retención de distintos materiales en el suelo, pero que además faciliten la salida de los excesos de agua que pudieran caer con el riego o con la lluvia.

No retengan mucha humedad en su superficie. No se descompongan o se degraden con facilidad. Tengan preferentemente coloración oscura. Contengan elementos nutritivos. No contengan micro organismos perjudiciales a la salud de los seres

humanos o de las plantas. No contengan residuos industriales o humanos. Sean abundantes y fáciles de conseguir, transportar y manejar. Sean de bajo costo. Sean livianos (ver la densidad de diferentes sustratos.

Figura 11. Preparación de sustratos

Los materiales ya probados en varios países de América Latina y el Caribe y que cumplen con la mayoría de estos requisitos se clasifican como sigue:

SUSTRATOS DE ORIGEN ORGÁNICO:

Cascarilla de arroz Aserrín o viruta desmenuzada de maderas amarillas.

Cuando se utilizan residuos (aserrín) de maderas, es preferible que no sean de pino ni de maderas de color rojo, porque éstos contienen sustancias que pueden afectar a las raíces de las plantas. Si sólo es posible conseguir material de estas maderas, se lava con abundante agua al aserrín o viruta y se lo deja fermentar durante algún tiempo antes de utilizarlo. No debe ser usado en cantidad superior al 20 por ciento del total de la mezcla. Si se utiliza cascarilla de arroz, es necesario

24

lavarla, dejarla fermentar bien, humedecerla antes de sembrar o trasplantar durante 10 a 20 días, según el clima de la región (menos días para los climas más caliente). Las características, propiedades físico químicas y ventajas de la cascarilla de arroz están descritas.

SUSTRATOS DE ORIGEN INORGÁNICO

Escoria de carbón mineral quemado Escorias o tobas volcánicas Arenas de ríos o corrientes de agua limpias que no tengan alto contenido

salino Grava fina Maicillo.

Cuando se usan escorias de carbón, tobas volcánicas o arenas de ríos, estos materiales deben lavarse cuatro o cinco veces en recipientes grandes, para eliminar todas aquellas partículas pequeñas que flotan. El sustrato ya está en condiciones de ser usado cuando el agua del lavado sale clara. Si las cantidades de sustrato que se necesitan son muy grandes, entonces se deben utilizar arneros o mallas durante el lavado, para retener las partículas de tamaño superior a medio milímetro. También deben excluirse las que tengan tamaño superior a 7 mm. El exceso de partículas con tamaños inferiores al mínimo indicado dificultan el drenaje de los excedentes de agua y, por lo tanto, limitan la aireación de las raíces. Los tamaños superiores impiden la germinación de las semillas pequeñas, como la de apio y lechuga, y además restan consistencia al sustrato. Lo anterior limita la retención de humedad y la correcta formación de bulbos, raíces y tubérculos.

Algunas escorias de carbón o de volcanes tienen niveles de acidez muy altos y algunas arenas (como las arenas de mar) los tienen muy bajos (son alcalinas). Estos materiales deben ser lavados muy cuidadosamente, hasta que no les queden sustancias que los hagan muy ácidos o muy básicos. Si no es posible acondicionar con el lavado estos materiales a niveles de acidez ligeramente ácidos o próximos a la neutralidad (pH 6,5- 7,0) es preferible excluirlos y utilizar otros. Ello es preferible antes que afectar la eficacia de las soluciones nutritivas que se aplicarán y, por lo tanto, el desarrollo de los cultivos en una HHP.

MEZCLAS

Todos los materiales mencionados se pueden utilizar solos. Sin embargo, algunas mezclas de ellos han sido probadas con éxito, en diferentes proporciones, para el cultivo de más de 30 especies de plantas. Las mezclas más recomendadas de acuerdo con los ensayos hechos en varios países de América Latina y el Caribe son:

50% de cáscara de arroz con 50% de escoria de carbón 80% de cáscara de arroz con 20% de aserrín

25

60% de cáscara de arroz con 40% de arena de río 60% de cáscara de arroz con 40% de escoria volcánica.

En el sistema HHP con sustrato sólido, la raíz de la planta crece y absorbe agua y nutrientes que son aplicados diariamente a la mezcla de materiales sólidos. En el método de sustrato líquido o raíz flotante, el agua se usa con el mismo fin, permitiendo el desarrollo de las raíces, y la absorción de agua y de las sustancias nutritivas adicionales. Este sistema sólo se recomienda para el cultivo de lechugas de diferentes variedades, apio y albahaca. Se han probado otros cultivos, pero los resultados no han sido satisfactorios en todos los lugares, por lo que preferimos no generalizar la recomendación. Los sistemas de cultivo en medios sólidos o líquidos serán explicados en detalle en la clase número cinco.

Figura 12. Sistemas de mezcla

Figura 13. Muestra de una mezcla

2.3.- VENTILACIÓN

26

Como hemos dicho, el movimiento de aire crea mejores condiciones de temperatura y humedad. Se ha observado que la utilización de ventiladores ayuda a mezclar el aire caliente con el aire frío, reduciendo la humedad y manteniendo las estomas abiertas. De igual manera, el movimiento de aire contribuye en el control de plagas.

2.4.- CONCENTRACIÓN DE CO

Aunque el movimiento de aire tiene efectos positivos en numerosos procesos, sin duda el principal es, en la disponibilidad de dióxido de carbono. Para que se pueda producir la fotosíntesis, tanto la luz como el dióxido de carbono han de estar presentes en las cantidades adecuadas. El dióxido de carbono está presente en la atmósfera mientras que la luz la proporciona el sistema que haya instalado en el invernadero. Transcurrido un tiempo, las plantas habrán consumido el dióxido de carbono presente en el invernadero, necesitando más aire fresco. Si no hay corriente de aire, el proceso se detendrá. La absorción del dióxido de carbono se hace a través de unas aperturas de las hojas llamadas estomas. La humedad y la temperatura abren y cierran estas aperturas regulando los procesos internos.

2.5.- RIEGO

En los cultivos hidropónicos se utilizan dos tipos de sistemas de riego: abiertos y cerrados. Desde un punto de vista técnico y económico, un sistema de riego abierto no tiene recirculación de la solución nutritiva y proporciona la ventaja de no tener que efectuar periódicamente costosos análisis químicos y evita además complicaciones técnicas relacionadas con la recirculación como las alteraciones en el pH, acumulación de sales o iones tóxicos, transmisión de enfermedades, etc.Los sistemas más usuales son:

Riego por aspersión superficialEste sistema de riego es recomendable para instalaciones domesticas o cuando no dispone de bombas eléctricas o gasolina y se prefiere el riego manual. Para irrigar se puede usar una regadera manual o algún otro recipiente que la sustituya, como en este sistema se puede o no reciclar la solución, bastara con colocar un recipiente debajo del tubo o agujero de desagüe del contenedor y para regar, se puede usar una regadera manual o algún utensilio que sustituya a esta.

Es muy importante que al recoger la solución nítrica, se tape de inmediato, protegiéndola de los rayos del sol, para ser usada al día siguiente, cuando se irá agregando la cantidad de agua natural que va mermando puesto que las plantas consumen más lentas que nutrientes.

“Este tipo de riego se debe hacer en las mañanas entre las 6 y 10 a.m. o por las tardes entre las 5 y 7 p.m., esto porque si se riega el cultivo cuando la temperatura

27

ambiente es muy elevada corre el riesgo de que las plantas se quemen, se sabe que cuando hace mucho calor el proceso de evaporación es más intenso.”

Riego por Goteo El cual consiste en la aplicación del riego con solución nutritiva directamente al pie de las plantas mediante una red de cintas de goteo que atraviesan las camas (sustrato de soporte a la planta) y dejan salir el agua y la solución nutritiva con un determinado caudal. Como ya es bien conocido, la mayor parte del agua absorbida por las plantas se pierde ya sea en forma líquida o en forma de vapor a través de un proceso llamado transpiración que depende de las condiciones climáticas. Por otro lado, la evaporación es el agua perdida en forma de vapor por el terreno o superficie de agua adyacente a la planta, o por la superficie de las hojas de las plantas. La pérdida de agua por transpiración sumada a la de la evaporación se conoce como evapotranspiración (ETc).

Riego por goteo con control manual

“Para controlar el goteo de madera muy económica se puede aplicar en el extremo de la manguera una laminita doblada, una pinza para prensar o algún otro procedimiento que sirva para detener el flujo de la solución en el momento que desee.”

Riego por capilaridad

Cantidad de radiación solar, aparte de la cantidad de agua correspondiente a la transpiración estimada. Para el uso de integrador solar se debe conocer la correspondencia entre la radiación solar que recibe la planta y la evado-transpiración potencial, de acuerdo al tamaño y transpiración de la planta.

Riego a Desnivel

Cuando por necesidad del espacio o porque el terreno es irregular, no se puede cultivar en una superficie plana, se puede preparar una serie de terrazas, en cada una de las cuales se colocaran uno o varios contenedores o camas.

En el desnivel más alto se coloca el tanque de la solución nutritiva, que mediante una válvula de alimentación, proveerá de la solución a cada uno de los contenedores en desnivel, hasta llegar a la cisterna de almacenamiento.

Entre los factoresQue actúan entre el crecimiento de las plantas están la luz y la temperatura, se debe ejercer cierto control sobre ellos, la luz es un elemento vital para el crecimiento de las plantas, es conveniente que los cultivos reciban la mayor cantidad de luz posible, esto teniendo en cuenta que se va a cultivar. La temperatura óptima para el crecimiento de las plantas oscila entre los 15 ºC y los 35ºC, el grado de adaptación de una planta a temperaturas cambiantes varía según la especie. Cumpliendo con el ciclo de crecimiento de una planta, las

28

cultivadas hidropónicamente, se desarrollan rápidamente, aumenta poco a poco la circunferencia del eje, alcanzan la madurez necesaria, comienza la floración

En los casos en los cuales no es posible contar con censores de radiación solar y presión barométrica, se puede obtener un Rb programado o aproximado con datos proporcionados por fuentes cercanas (un invernadero equipado, una estación meteorológica), e incluso por datos proporcionados por la FAO para las distintas regiones del mundo. Posteriormente este Rb se puede ajustar aplicando las reglas y relaciones observadas por los expertos, aprovechando de esta forma su experiencia y conocimientos. La metodología propuesta por Fernández (2001) se puede aplicar a invernaderos hidropónicos siempre y cuando se realicen los ajustes necesarios tal y como se propone en este trabajo para satisfacer la demanda real del cultivo.

Este método de programación de riego establece las bases para la realización de un sistema automático de riego a bajo costo.

Figura 14. Muestra de distribución de un invernadero hidropónico

CAPÍTULO 3PROPUESTA TECNOLOGICA DEL INVERNADERO FAC

29

3.1 CONTROL DE TEMPERATURA

Diversos sistemas se desarrollaron para mantener un equilibrio y control adecuado dentro del invernadero, pero en esta ocasión se presenta solo la propuesta que nosotros hemos creado para el nuestro.

El control de temperatura es una innovación y creación a la vez, ya que se basa en diversos sensores que ya existen, pero lo diferente en este es que es diseñado en toda su totalidad.

3.1.1 Componentes requeridos

Para lograr elaborar este sistema se necesitan los siguientes componentes:

Descripción Cantidad Símbolo

Sensor de temperaturaLM35

1

Amplificador operLM741

2

Transistor

2N22221

Opto triacMOC3030

1

Triac400volts a 8 amperes

1

Resistencia

10 kilo Ohms3

Reasistencia

90 kilo Ohms1

Resistencia Variable10 kilo Ohms

1

30

Etapa

De

Comparación

Etapa

Censora

Etapa

De

Potencia

Resistencia

5 kilo Ohms1

Resistencia

1 kilo Ohms1

Ventilador 1

Si bien es claro, este diagrama aun se puede acoplar a otras condiciones de trabajo, es decir a otro tipo de cultivo, ya que se puede modificar en su totalidad para ser de nuevo adaptado.

3.1.2 Diagrama de conexión

Figura 9. Diagrama eléctrico del sensor de temperatura

Resumido:

31

Figura 10. Diagrama de bloques del sistema de control

A) Etapa censora

Esta es la fase en la que el sensor que en este caso es el LM35 realiza su función, la cual es realizar un escaneo a la temperatura que hay en el interior del invernadero, para después convertirlo en una señal que será analizada en la etapa de comparación.

b) Etapa de comparación

En la etapa de comparación, lo que el sistema hará será recibir la señal que proviene del sensor y la analizara, si esta señal resulta que el calor que indica que hay en el interior del invernadero es mayor a la apropiada para la flor, este enviara una señal a la etapa de potencia para que se active el ventilador al que estará conectado.

c) Etapa de potencia.

Este es la última etapa del sistema, en ella se recibe la señal que proviene del comparador, en la cual se analiza si el calor es excesivo en el interior del invernadero o no, con la cual es que podrá activar un ventilador que estará activo el tiempo que así se requiera, o hasta que el sensor detecte que la temperatura en el interior es la correcta, solo en ese momento el ventilador se desactivará.

Precauciones y Cuidado del Sistema.

1. Hay que verificar que todas la conexiones estén de acuerdo a como se muestran en el diagrama, ya que de lo contrario se puede ocasionar un corto que pueda fundir algún componente y por tal motivo haya que remplazarlo por uno nuevo.

2. Cuando conecte el ventilador a la etapa de potencia, asegúrese de que las conexiones estén correctamente aisladas, para evitar que haya falsos contactos ò en su caso algún corto.

3. De un mantenimiento constante revisando periódicamente todas las conexiones y dispositivos, para asegurarse de que todo funciona correctamente

3.1.3 Control de iluminación

Al igual que el sistema de temperatura, el sistema que controla la iluminación, es un diseño que se basa en uno ya existente, a diferencia del de temperatura este es mas

32

Etapa

Censora

Etapa

De

Potencia

Etapa

de

Comparación

sencillo, puesto que el diagrama no requiere de tantos componentes como el de temperatura.

Los componentes que se requieren para este sistema son:

Descripción Cantidad Símbolo

Foto diodo 1

Resistencia variable

10 kilos

1

Resistencia

10 kilos1

Relevador a

12 volts1

Lámpara para laCalefacción e iluminación.

1

Transistor

BC 5471

1.- Diagrama de conexión.

Figura 11. Diagrama eléctrico del sensor de iluminación

Resumido:

33

Figura 12. Diagrama de bloques del sistema de control

a) Etapa censora

Esta es la etapa en la que el fototransistor que en este caso es el sensor realiza su función, la cual es similar al de una foto celda, durante el día el fototransistor mantendrá el circuito al que está conectado abierto, es decir creara un corto que impedirá que la corriente circule a la lámpara para que esta se prenda, al momento en que caiga la noche el fototransistor enviara una señal que será analizada en la etapa de comparación.

b) Etapa de comparación.

En la etapa de comparación, lo que el sistema hará será recibir la señal que proviene del sensor ò fototransistor y la analizara, si la señal. Que recibe indica que la cantidad de luz que en el día se detecta es menor, es decir que la noche llego, este enviará otra señal a la etapa de potencia en la que el relevador activara la lámpara.

c) Etapa de potencia.

Este es la última etapa del sistema, en ella se recibe la señal que proviene del comparador, si la señal da positivo al a condición al la que se activa el relevador, este permitirá que la corriente circule a través de el circuito hasta llegar al lámpara, la cual se apagara en el momento en que el fototransistor detecte que esta amaneciendo.

Precauciones y Cuidado del Sistema.

1.- Hay que verificar que todas la conexiones estén de acuerdo a como se muestran en el diagrama, ya que de lo contrario se puede ocasionar un corto que pueda fundir algún componente y por tal motivo haya que remplazarlo por uno nuevo.

2.- -Cuando conecte la lámpara a la etapa de potencia, asegúrese de que las conexiones estén correctamente aisladas, para evitar que haya falsos contactos ò en su caso algún corto.

3.- De un mantenimiento constante revisando periódicamente todas las conexiones y dispositivos, para asegurarse de que todo funciona correctamente

3.2 CONTROL DE HUMEDAD

La mayor parte que se debe vigilar dentro de un invernadero es la humedad ya que si esta es muy escasa la flor se puede secar, ò si este es muy abundante la puede podrir.

34

Para poder mantener un equilibrio de este factor en un invernadero se implementara un sistema que controlara la humedad y el riego al mismo tiempo.

3.2.1 Componentes requeridos

Para lograr elaborar el sistema se necesitan los siguientes componentes:

Descripción Cantidad Símbolo

Relevador a

12 volts1

Led de

1.5 a 3 volts5

C.IKA2228

1

Capacitor cerámico

10 micro faradios1

Capacitor electrolítico10 micro faradios

1

Motor de bomba de agua

sumergible1

3.2.2 Diagrama de conexión

35

Etapa

de

Comparación

Etapa

Censora

Etapa

De

Potencia

Figura 13. Diagrama eléctrico del sensor de humedad

Resumido:

Figura 14. Diagrama de bloques del sistema de control

a) Etapa censora

En esta etapa los electrodos que están enterrados en la tierra recibirán la micro señal eléctrica que la humedad de la tierra proporciona para saber si el nivel de humedad es el adecuado para la flor, la cual pasa de etapa al comparador en la que se analiza para saber si es que es necesario activar la bomba o no.

b) Etapa de comparación

En el comparador se podrá apreciar la cantidad de humedad que se presenta en la tierra, ya que la pequeña señal que proviene de los electrodos genera un micro voltaje el cual es amplificado y tiene la capacidad de prender los diodos leds, si se observa a los leds se observara la cantidad de humedad que hay, ya que a mas humedad los leds prenden con mayor intensidad y serán más los que prendan. Además en esta etapa se revisa si la humedad es escasa se activara el relevador y este a su vez activará al bomba de agua.

36

c) Etapa de potencia

En este último paso el relevador activa y desactiva la bomba mediante la señal que proviene de los electrodos y que ya paso previamente por el comparador. A consecuencia de que activa la bomba por consiguiente activa el sistema deniego que también forma parte del sistema de humedad.

Precauciones y Cuidado del Sistema.

1. Hay que verificar que todas la conexiones estén de acuerdo a como se muestran en el diagrama, ya que de lo contrario se puede ocasionar un corto que pueda fundir algún componente y por tal motivo haya que remplazarlo por uno nuevo.

2. Cuando conecte la bomba a la etapa de potencia, asegúrese de que las conexiones estén correctamente aisladas, para evitar que haya falsos contactos ò en su caso algún corto.

3. De un mantenimiento constante revisando periódicamente todas las conexiones y dispositivos, para asegurarse de que todo funciona correctamente

3.3 CONTROL DE RIEGO

No solo la humedad es importante, también lo es el tipo de riego que se decida implementar al cultivo que se tiene en el invernadero.

En esta ocasión para aplicar un sistema de riego al invernadero, se emplea un sistema controlado por medio de la utilización de un PLC.

El sistema consta de unos sensores de humedad y un tubo de riego que se mueve sobre un riel diseñado para la función de riego y su aplicación en el invernadero; a continuación se presenta el modo de operar del sistema

Planteamiento:

Que una bomba de agua (Q1), se active al recibir la señal de dos de los tres sensores de humedad (I1, I2, I3), y del sensor que se encuentra en el depósito de agua ó cisterna (I4), una vez que se cumplan estas condiciones el motor del sistema de riego (Q2), podrá empezar su recorrido a lo largo un riel, por el que habrá de pasar para que pueda regar.Al final del recorrido del sistema de riego, se encontrara un sensor de fin de carrera (I5), el cual activara el motor del sistema (Q2) en sentido contrario para que este vuelva a su poción inicial, donde también se encontrara un sensor de principio de carrera (I6), el cual al detectar el tubo de riego que se mueve sobre el riel.

Plano de Situación 1.

37

Figura 15. Plano físico del sistema de riego

Diagrama KOP

Figura 13. Diagrama de escalera del sistema de riego

3.4 APLICACIÓN EN EL CULTIVO

38

S1

S5

S2

M2S6

S3

S4

M1

Cose ha mencionado anteriormente todos estos sistemas se han diseñado para favorecer el desarrollo de un cultivo, y aquí se menciona el cómo es que se aplican a la flor de cempasúchil.

1. Control de Temperatura

Está diseñado para que se pueda mantener un clima favorable para la flor dentro del invernadero. Si la temperatura del interior del invernadero es superior a la que está programado para registrar como la adecuada, activara un ventilador que enfriara el clima interior hasta que baje la temperatura a la apropiada.

2. Control de Iluminación

Está diseñado para que en las noches mantenga un poco controlada la temperatura interior del invernadero, además de que activara por medio de un fototransistor que lo que hará será de que en el día mantendrá abierto el circuito que alimenta la lámpara y en la noche lo cerrara y así podrá circular la corriente por el hasta que prenda la lámpara.

3. Control de Humedad y Riego

Está diseñado para que la humedad de la tierra sea la correcta, además de que el sistema de riego es el apropiado para que no dañe la flor desde su germinación hasta su desarrollo final.

3.5 TIPO DE INVERNADERO

Este invernadero es de tipo de capilla a dos aguas con forma de triangulo, su forma es triangular en la parte superior y cuadrangular en la inferior. Este tipo de invernadero es mas practico, durable y fácil de ventilar.

Figura 14. Estructura del invernadero

3.5.1 Partes y diseño

39

a) Base del invernaderoLa base del invernadero es de forma rectangular y presenta las siguientes medidas:

Largo: 3.00 mAncho: 2.00 mAltura total: 2.00 mAltura a la punta triangular: 50 cm

Figura 15. Medidas de la base del invernadero

Figura 16. Medidas de las alturas del invernadero

b) PuertaLa puerta tiene las siguientes dimensiones:

40

3.00 m

2.00 m

2.00 m

1.5 m

50 cm

De alto: 1.5 mDe ancho: 1.00 m

Figura 17. Altura de la puerta

Figura 18. Ancho de la puerta

41

1.50 m

1.00 m

c) FrenteEl frente tiene 2 m de largo y su distribución tomando en cuenta la puerta para que quede centrada es de:

Ancho de puerta: 1.00 mEspacio a cada lado de la puerta: 50 cm.

Figura 19. Distribución del frente del invernadero

42

50 cm 50 cm

1.00 m

BIBLIOGRAFÍA

http://www.hydroenv.com.mx/ http://www.hidroponia.org.mx/ http://www.cultivohidroponico.com/ http://www.agua.org.mx/index.php?

option=com_content&view=article&id=7332:la-hidroponia-entenderla-para-romper-mitos&catid=1277:tipos-de-cultivos&Itemid=97

http://www.everde.cl/2011/04/cultivos-hidroponicos-que-es-el-sistema.html https://sites.google.com/site/hidroponias/sistemasderiego http://mass.pe/concurso/desarrollo-de-una-granja-hidroponica-automatizada http://hidroamigos.com.mx/moodle/ www.webdehogar.com/jardineria/08050520.htm http://www.elmejorguia.com/hidroponia/

43

ANEXOS

44

A) Cuadro de símbolos eléctricos español/ingles

Símbolos eléctricos

Español Ingles Símbolo

Sensor de temperaturaLM35

Temperature Sensor LM35

Amplificador operacional

LM741

OperationalAmplifier LM741

Transistor2N2222

2N2222Transistor

Opto triacMOC3030

MOC3030Opto Triac

Triac400volts a 8 amperes

400 volts 8 amperes

Triac

Resistencia Resistance

Resistencia VariableVariable

Resistance

Ventilador Ventilator

Foto resistenciaPhoto

resistance

Led Led

Relevador a

12 volts

12 voltsRelive

45

Lámpara para laCalefacción, iluminación.

Heating andIllumination

Lamp

C.IKA2228

Integrate circuit

Capacitor cerámicoceramics Capacitor

Capacitor electrolíticoElectroliticCapacitor

Motor de bomba de agua

sumergible

UnderwaterBomb Engine

B) Tabla de referencia para el sistema de riego (listado de direcciones)

Denominación Abreviatura Dirección Función

Sensor 1 de humedad

S1S1 I1

I1 con señal 1 si no hay humedad en la tierra de este sector

Sensor 2 de humedad

S2S2 I2

I2 con señal 1 si no hay humedad en la tierra de este sector

Sensor 3 de humedad

S3S3 I3

I3 con señal 1 si no hay humedad en la tierra de este sector

Sensor 4 de cantidad de agua en deposito

S4S4 I4

I4 con señal 1 si hay la suficiente cantidad de agua en el deposito

Sensor 5 de fin de carrera para el

recorrido del sistemaS5

S5 I5I5 con señal 1 cuando el motor Q2

llegue al fin de carrera de su recorrido

Sensor 6 de principio de carrera para el

S6 I6 I6 con señal 1 cuando el motor Q2 llegue al principio de carrera de su

46

recorrido del sistemaS6

recorrido

Motor de la bombaM1

M1 Q1Q1 con señal 1 si I4 indica que hay la

suficiente agua en el deposito para que el sistema riegue

Motor principal del sistema de riego

M2M2 Q2 Q2 con señal 1 si Q1 e I4 tienen señal 1

C) Instructivo de operación y mantenimiento de un invernadero

1.- CONTROL DE TEMPERATURA

Para poder darle a su sistema de control una utilización perfecta verifique antes de ponerlos en marcha que todo esté conectado correctamente y que todas los componentes estén de acuerdo ala lista de material.

El control de temperatura debe estar en un lugar fijo y sin que allá humedad para un mejor funcionamiento.

Para limpiar el sistema de control desconéctelo de la alimentación tanto el ventilador como el control de temperatura.

Para obtener un funcionamiento correcto este revisando constante mente las conexiones y componentes y así poder asegurarse que todo esté funcionando correctamente

En caso de falla verificar lo siguiente:

PROBLEMA SOLUCIÓN

No funciona el sistema de control Checar la alimentación del sistema de control

El variador de voltaje no funciona Checar que esté conectado correctamente sus terminales

No hay paso de corriente al ventilador Verificar que las conexiones este correctamente bien conectadas

El ventilador se activa en una temperatura muy baja

Cheque que el variador de voltaje este bien calibrado

2.- CONTROL DE ILUMINACIÓN

47

El control de iluminación es tan importante como el de temperatura y para su mantenimiento y operación contemple lo siguiente:

Este sistema es muy sencillo darle mantenimiento a este tipo de control.

Para darle limpieza desconecte la alimentación de voltaje tanto del los componentes como la lámpara.

Para ponerlo en funcionamiento verifique que todos los componentes estén en su lugar a sí mismo como las conexiones tanto de la lámpara como el control.En caso de una posible falla checar lo siguiente:

Problema SoluciónNo está funcionando el control de iluminación Verifique que la alimentación de voltaje este

conectada correctamenteEl control de iluminación se activa antes de que oscurezca

Cheque que la resistencia variable este bien calibrada

La lámpara no enciende Observe que la lámpara no esté quemada o fundidaPruebe la lámpara en otro lugar

La fotorresistencia muestra un color café oscuro o negro

Compruebe que esas manchas no sean de de quemaduras

3.- CONTROL DE HUMEDAD Y RIEGO

Este factor es muy importante para el desarrollo del fruto y su mayor parte se debe vigilar dentro del invernadero y para un mejor funcionamiento de este considere lo siguiente: Para ponerlo en marcha verifique que todos los componentes estén en su lugar así como las conexiones tanto del control de humedad y de riego.

Para dar limpieza a l control debe de desconectar la alimentación de voltaje así como el de riego para una mejor respuesta al limpiarlo ya que el control de riego es el más delicado porque lleva un PLC para poder controlar el riego. En caso de posibles fallas checar lo siguiente:

PROBLEMA SOLUCIÓNEl sistema de control de humedad no funciona Asegúrese de que la alimentación de voltaje

este conectada correctamenteLos indicadores del nivel de humedad no están funcionando

Verifique que los indicadores estén conectados correctamente

Todos los indicadores de humedad están accionados

Cheque que el C.I este correctamente conectado

El control de riego no se acciona Asegúrese de que el control de riego este conectado bien al de humedad

El control de riego está funcionando pero no hay presencia de agua

Verifique que allá agua en el deposito

48