Titulo:
Aplicativo web para el monitoreo y control de variables físicas en cultivo hidropónico de espinaca
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Sumario:
Los cultivos hidropónicos reducen el consumo de agua y permiten la preservación del suelo al evitar el uso de fungicidas y pesticidas, que a la vez pueden resultar dañinos para la salud del ser humano. Para controlar el ambiente interior de dichos cultivos en invernadero, es necesario considerar las variables físicas como el nivel y pH del fluido, la temperatura y la humedad relativa del aire, cuyos valores deben ajustarse para permitir la supervivencia y garantizar el correcto crecimiento de las plantas. Este artículo presenta el desarrollo del prototipo del sistema Hidropomatic, un sistema semiautomático para el control y monitoreo web de cultivos hidropónicos de espinacas, en donde se preservan la humedad relativa y temperatura del ambie... Ver más
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2023-03-03
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Revista Mutis - 2023
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Aplicativo web para el monitoreo y control de variables físicas en cultivo hidropónico de espinaca Web Application to Monitor and Control the Physical Variables of Spinach Hydroponic Cultivation Los cultivos hidropónicos reducen el consumo de agua y permiten la preservación del suelo al evitar el uso de fungicidas y pesticidas, que a la vez pueden resultar dañinos para la salud del ser humano. Para controlar el ambiente interior de dichos cultivos en invernadero, es necesario considerar las variables físicas como el nivel y pH del fluido, la temperatura y la humedad relativa del aire, cuyos valores deben ajustarse para permitir la supervivencia y garantizar el correcto crecimiento de las plantas. Este artículo presenta el desarrollo del prototipo del sistema Hidropomatic, un sistema semiautomático para el control y monitoreo web de cultivos hidropónicos de espinacas, en donde se preservan la humedad relativa y temperatura del ambiente de las plantas y se mantiene constante el nivel de fluido nutritivo. Las variables se controlan mediante el uso de humidificador y deshumidificador para la humedad relativa, calefactor y ventilador para la temperatura y una bomba de agua para el nivel de fluido, todo ello en un ambiente tipo invernadero. El sistema posee una alta versatilidad debido a que puede utilizarse en cualquier sistema operativo, ya sea en dispositivos móviles o en computadoras con conexión a internet, desde el cual es posible controlar el cultivo de espinacas con acciones como inicio y paradas de manera remota, monitoreo del estado de sensores y actuadores en campo, con un consumo de recursos computacionales reducido. The purpose of this report is to explain the design and implementation process of a PID controller with a lead network to control the tilt angle of an aerodynamic rocker. For this, the mathematical model of the plant was built and the physical and electrical parameters that characterize the plant were identified experimentally. By linearizing the model around a defined operating point, the transfer function of the system was obtained, which was validated by means of simulations in MATLAB®-Simulink. With this, the PID controller and the lead network were designed considering the performance and robustness requirements. Subsequently, the plant was physically built, and the control system was implemented in a Microchip® brand PIC18 microcontroller. Finally, tests were carried out on the physical implementation to verify the performance and robustness attained. As a result, a controller was obtained whose implementation is fast, has a good follow-up to a wide range of references, rejects disturbances, and is robust to changes in the plant. It is concluded that the implementation in the proposed microcontroller was successful and other researchers are invited to experiment with this project in different ways. Álvarez Gutiérrez, Edwin Leonel aplicación web control cultivo de espinacas cultivo hidropónico monitoreo variables físicas ingeniería Web Application control spinach cultivation crop hydroponic surveillance physical variables Engineering 13 2 Núm. 2 , Año 2023 : Dossier. XI congreso CIIMA Artículo de revista Journal article 2023-03-03T00:00:00Z 2023-03-03T00:00:00Z 2023-03-03 application/pdf Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano Revista Mutis 2256-1498 https://revistas.utadeo.edu.co/index.php/mutis/article/view/aplicativo-web-monitoreo-control-variables-fisicas-cultivo-hidroponico-espinaca 10.21789/22561498.2013 https://doi.org/10.21789/22561498.2013 spa https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0 Revista Mutis - 2023 Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0. 1 17 Abad, A. C. F., Castillo Siche, L., García Farfán, M. J. G., Navarrete Vargas, M., y Plasencia Amaya, D. (2020). Diseño del proceso de implementación de cultivos hidropónicos en terrenos inutilizados en el distrito de Piur. [Trabajo de investigación, Universidad de Piu-ra]. https://pirhua.udep.edu.pe/bitstream/handle/11042/4614/PYT_Informe_Final_Proyecto_Hidropónicos.pdf?sequence=1&isAllowed=y Aguilar, L. L. J. (2022). Beneficios de las soluciones nutritivas, para el desarrollo y crecimiento de plantas hidropónicas del cultivo de lechuga (Lactuca sativa L.)”. [Trabajo de grado, Universidad Técnica de Babahoyo]. http://dspace.utb.edu.ec/handle/49000/13205 Bazurto, V. G. L., y Delgado, G. G. C. (2021). Desarrollo de prototipo aplicación móvil Android para el seguimiento y control del proceso de cultivo hidropónico y acuapónico en la zona urbana de Guayaquil. [Trabajo de grado, Universidad de Guayaquil]. http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/57195 Bhattacharyya, S., Sarkar, P., Sarkar, S., Sinha, A., y, Chanda, S. (2021). Diseño e implementación de un sistema de riego automatizado y monitoreo de variables ambientales mediante Iot en los cultivos urbanos de la fundación mujeres empresarias Maria Poussepin. Lecture Notes in Electrical Engineering, 575, 405–411. https://doi.org/10.1007/978-981-13-8687-9_37 Briceño, J. M., y, Cubides, P. W. F. (2020). Diseño de una solución iot para monitoreo de las condiciones óptimas de un cultivo hidropónico de flores en invernadero. [Trabajo de in-vestigación, Universidad de Bucaramanga]. https://repository.unab.edu.co/bitstream/handle/20.500.12749/12734/2020_Tesis_Manuel_Briceño_Jejen.pdf?sequence=1&isAllowed=y Carmona, B. J. (2022). Mejora en la producción y calidad de lechuga mediante la optimización de las condiciones de cultivo en sistemas hidropónicos bajo invernadero. Proyecto de Investigación: Nuevos Sistemas de Cultivo Para La Producción de Hortalizas de Hoja. [Tesis de doctorado, Universidad de Murcia]. https://digitum.um.es/digitum/handle/10201/122274 Chiara, D., Herrera, L., y, Vargas, P. (2016). Cultivo hidropónico de espinaca mediante técnica NFT e invernadero para el control de variables ambientales. Perfiles de Ingeniería, 12(12), 49–60. https://doi.org/10.31381/perfiles_ingenieria.v12i12.810 Conn, S. J., Hocking, B., Dayod, M., Xu, B., Athman, A., Henderson, S., Aukett, L., Conn, V., Shearer, M. K., Fuentes, S., Tyerman, S. D. y, Gilliham, M. (2013). Protocol: Optimising hydroponic growth systems for nutritional and physiological analysis of Arabidopsis thaliana and other plants. Plant Methods, 9(1), 1–11. https://doi.org/10.1186/1746-4811-9-4/ Gordo, R. A. D. (2017). Desarrollo e implementación de un invernadero automatizado con cultivo hidropónico y aplicación móvil para el seguimiento de datos. Universidad de Sevilla. https://idus.us.es/handle/11441/68443 Guevara, A., Esteban, R., Andrade, A., Ronni, G., Fecha, E., y, Pregrado, P. (2022). Sistema autónomo de control y supervisión de condiciones nutricionales del agua mediante una red de sensores y algoritmos de aprendizaje supervisado para el regadío en cultivo de espinaca bajo condiciones de hidroponía NFT vertical. http://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/12233 Infoagro. (2017). Agua de riego en cultivo hidropónico. Revista InfoAgro México. https://mexico.infoagro.com/agua-de-riego-en-cultivo-hidroponico-2// Jairo, A., Guaman, J., Peter, R., y, Villamar Merchán, A. (2021). Prototipo de sistema Web para la formulación y optimización de soluciones nutritivas para cultivos hidropónicos de lechuga. http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/52644 Jinde, J. A. (2022). Microhuerto inteligente aplicado al cultivo hidropónico de la lechuga. [Trabajo de grado, Universidad Técnica de Ambato]. https://repositorio.uta.edu.ec:8443/jspui/handle/123456789/36596 LaVanguardia (2021). Cómo plantar tus alimentos en casa y sin usar tierra, lo próximo que todos querrán hacer. https://www.lavanguardia.com/vivo/nutricion/20170125/413630299065/que-es-el-cultivo-hidroponico-ventajas-inconvenientes.html Motta, E. A. S., Salazar, L. D., Ac, C., y, Leal, L. C. S. (2022). Perspectiva del uso de Pseudomonas spp. como biocontrol de fitopatógenos en cultivos de hortalizas en Colombia: una revisión sistemática. Revista Mutis, 12(2). https://doi.org/10.21789/22561498.1862 Palomino, A. S. (2021). Comportamiento agronómico de dos variedades de apio (Apium graveolens L.) en sistema hidropónico de raíces flotantes bajo diferentes dosis de solución nutritiva. [Trabajo de grado, Mayor de San Andrés]. http://repositorio.umsa.bo/xmlui/handle/123456789/28571 Paré, R. C., Santillán, L. A. C., Costa, D. C., Ginestà, M. G., Escofet, C. M., y, Mora, O. P. (2019). Bases de datos. Master de Software Libre de la UOC. https://www.dataprix.com/es/book/export/html/509 Rojas, L. D. E., Bermúdez, L. Y. S., y, Castañeda, T. D. L. (2019). Sistema de riego para control y supervisión de cultivo de espinaca irrigation system for control and supervision of spinach. https://repository.udistrital.edu.co/bitstream/handle/11349/24308/RojasLópezDiegoEnrique2019.pdf?sequence=1&isAllowed=y Suvo, T. P., Ahamed, M. T., Haque, M. R., Chakrobarti, M., & Biswas, H. (2016). Identification of suitable media based on hydroponic culture for production Zucchini squash. International Journal of Agricultural Research, Innovation and Technology, 6(2), 1–4. https://doi.org/10.3329/IJARIT.V6I2.31695 Tikasz, P., MacPherson, S., Adamchuk, V., y, Lefsrud, M. (2019). Aerated chicken, cow, and turkey manure extracts differentially affect lettuce and kale yield in hydroponics. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture, 8(3), 241–252. https://doi.org/10.1007/S40093019-0261-Y. Trees.com. (2022). Advantages & Disadvantages of Hydroponics. Trees.com. https://www.trees.com/gardening-and-landscaping/advantages-disadvantages-of-hydroponics Velasco, F. H., Candelo, J. E., y, Chavarria, H. J. (2019). Automatización de cultivos aeropónicos de cilantro libres de pesticidas. INGE CUC, 15(1), 123–132. https://doi.org/10.17981/INGECUC.15.1.2019.11 Walters, K. J. (2015). Quantifying the effects of hydroponic systems, nutrient solution, and air temperature on growth and development of basil (Ocimum L.) species. [Tesis de master, Iowa State University]. https://doi.org/10.31274/ETD-180810-4456 Winpenny, J., Heinz, I., Koo-Oshima, S., Salgot, M., Collado, J., Hernández, F., Torricelli, R., y, Román, P. (2013). Reutilización del agua y agricultura: Beneficios para todos? 35 35 INFORME SOBRE TEMAS HÍDRICOS FAO. Organización de Las Naciones Unidas Para La Alimentación y La Agricultura, 1–144. https://revistas.utadeo.edu.co/index.php/mutis/article/download/aplicativo-web-monitoreo-control-variables-fisicas-cultivo-hidroponico-espinaca/2050 info:eu-repo/semantics/article http://purl.org/coar/resource_type/c_6501 info:eu-repo/semantics/publishedVersion http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 info:eu-repo/semantics/openAccess http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 Text Publication |
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Los cultivos hidropónicos reducen el consumo de agua y permiten la preservación del suelo al evitar el uso de fungicidas y pesticidas, que a la vez pueden resultar dañinos para la salud del ser humano. Para controlar el ambiente interior de dichos cultivos en invernadero, es necesario considerar las variables físicas como el nivel y pH del fluido, la temperatura y la humedad relativa del aire, cuyos valores deben ajustarse para permitir la supervivencia y garantizar el correcto crecimiento de las plantas. Este artículo presenta el desarrollo del prototipo del sistema Hidropomatic, un sistema semiautomático para el control y monitoreo web de cultivos hidropónicos de espinacas, en donde se preservan la humedad relativa y temperatura del ambiente de las plantas y se mantiene constante el nivel de fluido nutritivo. Las variables se controlan mediante el uso de humidificador y deshumidificador para la humedad relativa, calefactor y ventilador para la temperatura y una bomba de agua para el nivel de fluido, todo ello en un ambiente tipo invernadero. El sistema posee una alta versatilidad debido a que puede utilizarse en cualquier sistema operativo, ya sea en dispositivos móviles o en computadoras con conexión a internet, desde el cual es posible controlar el cultivo de espinacas con acciones como inicio y paradas de manera remota, monitoreo del estado de sensores y actuadores en campo, con un consumo de recursos computacionales reducido.
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The purpose of this report is to explain the design and implementation process of a PID controller with a lead network to control the tilt angle of an aerodynamic rocker. For this, the mathematical model of the plant was built and the physical and electrical parameters that characterize the plant were identified experimentally. By linearizing the model around a defined operating point, the transfer function of the system was obtained, which was validated by means of simulations in MATLAB®-Simulink. With this, the PID controller and the lead network were designed considering the performance and robustness requirements. Subsequently, the plant was physically built, and the control system was implemented in a Microchip® brand PIC18 microcontroller. Finally, tests were carried out on the physical implementation to verify the performance and robustness attained. As a result, a controller was obtained whose implementation is fast, has a good follow-up to a wide range of references, rejects disturbances, and is robust to changes in the plant. It is concluded that the implementation in the proposed microcontroller was successful and other researchers are invited to experiment with this project in different ways.
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Abad, A. C. F., Castillo Siche, L., García Farfán, M. J. G., Navarrete Vargas, M., y Plasencia Amaya, D. (2020). Diseño del proceso de implementación de cultivos hidropónicos en terrenos inutilizados en el distrito de Piur. [Trabajo de investigación, Universidad de Piu-ra]. https://pirhua.udep.edu.pe/bitstream/handle/11042/4614/PYT_Informe_Final_Proyecto_Hidropónicos.pdf?sequence=1&isAllowed=y Aguilar, L. L. J. (2022). Beneficios de las soluciones nutritivas, para el desarrollo y crecimiento de plantas hidropónicas del cultivo de lechuga (Lactuca sativa L.)”. [Trabajo de grado, Universidad Técnica de Babahoyo]. http://dspace.utb.edu.ec/handle/49000/13205 Bazurto, V. G. L., y Delgado, G. G. C. (2021). Desarrollo de prototipo aplicación móvil Android para el seguimiento y control del proceso de cultivo hidropónico y acuapónico en la zona urbana de Guayaquil. [Trabajo de grado, Universidad de Guayaquil]. http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/57195 Bhattacharyya, S., Sarkar, P., Sarkar, S., Sinha, A., y, Chanda, S. (2021). Diseño e implementación de un sistema de riego automatizado y monitoreo de variables ambientales mediante Iot en los cultivos urbanos de la fundación mujeres empresarias Maria Poussepin. Lecture Notes in Electrical Engineering, 575, 405–411. https://doi.org/10.1007/978-981-13-8687-9_37 Briceño, J. M., y, Cubides, P. W. F. (2020). Diseño de una solución iot para monitoreo de las condiciones óptimas de un cultivo hidropónico de flores en invernadero. [Trabajo de in-vestigación, Universidad de Bucaramanga]. https://repository.unab.edu.co/bitstream/handle/20.500.12749/12734/2020_Tesis_Manuel_Briceño_Jejen.pdf?sequence=1&isAllowed=y Carmona, B. J. (2022). Mejora en la producción y calidad de lechuga mediante la optimización de las condiciones de cultivo en sistemas hidropónicos bajo invernadero. Proyecto de Investigación: Nuevos Sistemas de Cultivo Para La Producción de Hortalizas de Hoja. [Tesis de doctorado, Universidad de Murcia]. https://digitum.um.es/digitum/handle/10201/122274 Chiara, D., Herrera, L., y, Vargas, P. (2016). Cultivo hidropónico de espinaca mediante técnica NFT e invernadero para el control de variables ambientales. Perfiles de Ingeniería, 12(12), 49–60. https://doi.org/10.31381/perfiles_ingenieria.v12i12.810 Conn, S. J., Hocking, B., Dayod, M., Xu, B., Athman, A., Henderson, S., Aukett, L., Conn, V., Shearer, M. K., Fuentes, S., Tyerman, S. D. y, Gilliham, M. (2013). Protocol: Optimising hydroponic growth systems for nutritional and physiological analysis of Arabidopsis thaliana and other plants. Plant Methods, 9(1), 1–11. https://doi.org/10.1186/1746-4811-9-4/ Gordo, R. A. D. (2017). Desarrollo e implementación de un invernadero automatizado con cultivo hidropónico y aplicación móvil para el seguimiento de datos. 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[Trabajo de grado, Universidad Técnica de Ambato]. https://repositorio.uta.edu.ec:8443/jspui/handle/123456789/36596 LaVanguardia (2021). Cómo plantar tus alimentos en casa y sin usar tierra, lo próximo que todos querrán hacer. https://www.lavanguardia.com/vivo/nutricion/20170125/413630299065/que-es-el-cultivo-hidroponico-ventajas-inconvenientes.html Motta, E. A. S., Salazar, L. D., Ac, C., y, Leal, L. C. S. (2022). Perspectiva del uso de Pseudomonas spp. como biocontrol de fitopatógenos en cultivos de hortalizas en Colombia: una revisión sistemática. Revista Mutis, 12(2). https://doi.org/10.21789/22561498.1862 Palomino, A. S. (2021). Comportamiento agronómico de dos variedades de apio (Apium graveolens L.) en sistema hidropónico de raíces flotantes bajo diferentes dosis de solución nutritiva. [Trabajo de grado, Mayor de San Andrés]. http://repositorio.umsa.bo/xmlui/handle/123456789/28571 Paré, R. C., Santillán, L. A. C., Costa, D. C., Ginestà, M. G., Escofet, C. M., y, Mora, O. P. (2019). Bases de datos. Master de Software Libre de la UOC. https://www.dataprix.com/es/book/export/html/509 Rojas, L. D. E., Bermúdez, L. Y. S., y, Castañeda, T. D. L. (2019). Sistema de riego para control y supervisión de cultivo de espinaca irrigation system for control and supervision of spinach. https://repository.udistrital.edu.co/bitstream/handle/11349/24308/RojasLópezDiegoEnrique2019.pdf?sequence=1&isAllowed=y Suvo, T. P., Ahamed, M. T., Haque, M. R., Chakrobarti, M., & Biswas, H. (2016). Identification of suitable media based on hydroponic culture for production Zucchini squash. International Journal of Agricultural Research, Innovation and Technology, 6(2), 1–4. https://doi.org/10.3329/IJARIT.V6I2.31695 Tikasz, P., MacPherson, S., Adamchuk, V., y, Lefsrud, M. (2019). Aerated chicken, cow, and turkey manure extracts differentially affect lettuce and kale yield in hydroponics. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture, 8(3), 241–252. https://doi.org/10.1007/S40093019-0261-Y. Trees.com. (2022). Advantages & Disadvantages of Hydroponics. Trees.com. https://www.trees.com/gardening-and-landscaping/advantages-disadvantages-of-hydroponics Velasco, F. H., Candelo, J. E., y, Chavarria, H. J. (2019). Automatización de cultivos aeropónicos de cilantro libres de pesticidas. INGE CUC, 15(1), 123–132. https://doi.org/10.17981/INGECUC.15.1.2019.11 Walters, K. J. (2015). Quantifying the effects of hydroponic systems, nutrient solution, and air temperature on growth and development of basil (Ocimum L.) species. [Tesis de master, Iowa State University]. https://doi.org/10.31274/ETD-180810-4456 Winpenny, J., Heinz, I., Koo-Oshima, S., Salgot, M., Collado, J., Hernández, F., Torricelli, R., y, Román, P. (2013). Reutilización del agua y agricultura: Beneficios para todos? 35 35 INFORME SOBRE TEMAS HÍDRICOS FAO. 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