Diseñar un sistema hidropónico, especialmente uno basado en la técnica de cultivo NFT (Nutrient Film Technique), requiere considerar varios aspectos para asegurar su eficacia y funcionamiento óptimo. Aquí hay algunas consideraciones importantes que debes tener en cuenta al diseñar el sistema hidropónico: Selección del sistema hidropónico: Decide qué tipo de sistema hidropónico es más adecuado para tus necesidades y recursos. El NFT es ideal para cultivos de hojas verdes como lechugas debido a su simplicidad y eficiencia en la distribución de nutrientes, pero también puedes considerar otros sistemas como el sistema de raíz flotante, el sistema de flujo y reflujo, o el sistema de cultivo en sustrato, dependiendo de tus objetivos y recursos disponibles. Técnica de la Solución Nutritiva Recirculante (NFT) La técnica de la Solución Recirculante más conocida como NFT, fue estudiada a detalle en la región de Sudamérica por Carrasco e Izquierdo, considerándose así los pioneros en dicho tema respecto a antecedentes teóricos. Es por ello que, pese a la antigüedad de su material bibliográfico, se tomará como referencia para el presente proyecto y se utilizarán sus conceptos como línea base. El sistema de recirculación de solución nutritiva "NFT" - Nutrient Film Technique-, “fue desarrollado en el Glasshouse Crop Research Institute, Inglaterra, en la década de los sesenta” (Linares y Zuñiga, 2019) El sistema de recirculación NFT es una técnica en hidroponía basada en el contacto de las raíces con soluciones nutritivas preparadas. Dicha solución es preparada y suministrada a un tanque de abastecimiento, y posteriormente por un mecanismo de bombeo es conducido hacia canaletas en donde se encuentran los vegetales para ser nutridos. En conclusión, el sistema de recirculación NFT es el circuito de una lámina de nutrientes que puede ser recirculada para mantener a la planta nutrida y asegurar su mayor capacidad de crecimiento. Linares, J., y Zuñiga, C. (2019). Implementación de un Sistema de Control de Variables por Sensores para Mejorar la Productividad de las Lechugas Hidropónicas de la Empresa FAGSOL S.A.C. Universidad Católica San Pablo. Elección del lugar: Elige un lugar adecuado para ubicar tu sistema hidropónico, teniendo en cuenta factores como la disponibilidad de luz solar, acceso al agua y la electricidad, y la protección contra condiciones climáticas adversas. También considera la disponibilidad de espacio para expandir el sistema según sea necesario. En el patio de casa, El material utilizado para la construcción del invernadero es estructura metálica en donde la parte estructural está montada según los planos realizados, una de las ventajas que presenta este material es su gran resistencia, su fácil manejo al momento de cortar y perforar las piezas, siendo este material, ni muy pesado como para que tenga que construirse varios soportes, ni muy liviano como para que una fuerte ráfaga de viento se la lleve. Diseño del sistema NFT: Para el diseño del sistema NFT, considera la longitud y la inclinación de los canales de cultivo para asegurar un flujo uniforme de la solución nutritiva. Además, planifica la disposición de los canales y la altura de los soportes para optimizar el uso del espacio disponible y facilitar el acceso para el mantenimiento y la cosecha. El tanque de 60 litros cuenta con 5 orificios en su tapa,uno para el ingreso del agua, otro para el ingreso de la solución nutritiva, el orificio másgrande para el retorno del agua, otro para la bomba de vaciado del tanque antes de realizar una nueva mezcla, y el último orifico es para el riego de los cultivos. Es necesario que este tanque se encuentre cubierto en su totalidad ya que el ingreso de luz solar contamina el agua provocando una proliferación de algas las cuales dañan a los cultivos, además de evaporar algunos de los nutrientes que las plantas necesitan para su crecimiento. El sistema de riego se lo realizó con una manguera flexible común de ½ pulgada con derivaciones hacia cada uno de los tubos del cultivo, como se observa en la Figura 4.4. La estructura del sistema NFT no cuenta con inclinaciones, logrando una inclinación homogénea y un riego uniforme para todas las plantas ubicadas en los 5 tubos de PVC. Se realizó los cortes y perforaciones de los tubos de PVC como se explicó con anterioridaden el capítulo 3, estos tubos fueron unidos y sellados con silicona para evitar pérdidas de agua por filtración. Para un mejor soporte se unión con type los tubos de PVC con los soportes de éstos, evitando así que quede en movimiento y una posible caída de estos al momento de que se encuentren con plantas. Selección de los componentes: Elige cuidadosamente los componentes del sistema, como los canales de cultivo, las bombas de agua, los tanques de nutrientes, los sistemas de recirculación y los sensores de pH y EC. Asegúrate de seleccionar componentes de alta calidad y durabilidad que sean adecuados para el tamaño y la escala de tu sistema hidropónico. A. Tanque Colector El tanque colector es aquel recipiente que contendrá la solución nutritiva a través del período de cultivo. Existe una gran gama de tipos de contenedores que pueden utilizarse como estanques colectores de solución nutritiva. Sin embargo, su elección debiera estar basada en el tipo de material. Es vital observar si ocurre algún tipo de corrosión en el tanque y un cambio de color de éste o de la solución. Hay que tener en cuenta también lo mencionado en relación “a la elección de este material según la reacción con la solución nutritiva que se pretende usar” (Linares y Zuñiga, 2019). B. Canales de Cultivo Según García & Villanueva (2018) afirman que “el sistema NFT se caracteriza por no utilizar ningún tipo de sustrato, sino por el contrario, es un sistema estrictamente hidropónico, o sea, se cultiva directamente en agua con sales minerales disueltos”. C. Bomba La función de la bomba es “llevar la solución nutritiva de los tanques hacia los canales de cultivo, en donde estarán las lechugas creciendo” (García y Villanueva, 2018). Esta función es capaz debido a la capacidad de impulsar fluidos. Ahora bien, debido a que esta función de la bomba es crítica, es necesario tener un mecanismo de alarma que pueda prevenir la interrupción de esta función, ya que de ser el caso este hecho puede desencadenar la pérdida total de la producción. Para el cálculo de la potencia teórica necesaria de la bomba se realiza la siguiente fórmula: Control del clima: Considera cómo controlar y mantener las condiciones ambientales óptimas dentro del área de cultivo, incluyendo la temperatura, la humedad y la ventilación. Esto puede implicar el uso de sistemas de calefacción, refrigeración, humidificación y ventilación según sea necesario para proporcionar un entorno de crecimiento adecuado para las plantas. Suministro de nutrientes: Diseña un sistema de suministro de nutrientes que proporcione una mezcla equilibrada de nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas. Esto puede implicar el uso de tanques de nutrientes y sistemas de dosificación automatizados para garantizar que las plantas reciban los nutrientes adecuados en todo momento. Automatización y control: Considera cómo automatizar y controlar diferentes aspectos del sistema, como el suministro de agua y nutrientes, la ventilación, el monitoreo del pH y la EC, y la iluminación. La automatización puede ayudar a optimizar el rendimiento del sistema y reducir la necesidad de intervención manual. Plan de mantenimiento y manejo: Desarrolla un plan de mantenimiento y manejo para asegurar el funcionamiento adecuado y la salud continua de las plantas en el sistema hidropónico. Esto puede incluir tareas como la limpieza de los canales de cultivo, la verificación de los niveles de nutrientes y pH, y el monitoreo de la salud de las plantas para detectar problemas tempranos. Indicador de productividad A. Eficiencia La eficiencia está vinculada en la productividad. Para Herrera (2018), menciona que: Si sólo se utilizara este indicador como medición de la productividad únicamente se asociaría la productividad al uso de los recursos, sólo se tomaría en cuenta la cantidad y no la calidad de lo producido, se pone un énfasis mayor hacia adentro de la organización buscar a toda costa ser más eficiente y obtener un estilo eficiente para toda la organización que se materializaría en un análisis y control riguroso del cumplimiento de los presupuestos de gastos, el uso de las horas disponibles y otros B. Eficacia Valora el impacto de lo que se hace, del producto o servicio que se presta. Olascoaga (2017) menciona que: No basta con producir con 100% de efectividad el servicio o producto que se fija, tanto en cantidad y calidad, sino que es necesario que el mismo sea el adecuado; aquel que logrará realmente satisfacer al cliente o impactar en el mercado. Del análisis de estos tres indicadores se desprende que no pueden ser considerados ninguno de ellos de forma independiente, ya que cada uno brinda una medición parcial de los resultados. Es por ello por lo que deben ser considerados como indicadores que sirven para medir de forma integral la productividad. Indicador de calidad Características o indicadores de la calidad Propiedades o parámetros generales que definen la calidad (composición, estabilidad, pureza, estado, color, aroma,..). También se les llama atributos de calidad (quizá más bien cuando se expresan en forma de adjetivos: puro, estable, aromático,..). Tamaño de hojas de lechuga Color de hojas de lechuga Textura de hojas de lechuga Sensores Un sensor o transductor, convierte un fenómeno físico en una señal eléctrica que se puede medir. Dependiendo del tipo de sensor, su salida eléctrica puede ser un voltaje, corriente, resistencia u otro atributo eléctrico que varía con el tiempo. Algunos sensores pueden requerir componentes adicionales y circuitos para producir correctamente una señal que puede ser leída con precisión y con toda seguridad por un dispositivo DAQ. Sensor de PH Para este tipo de cultivo que se implementó, no es necesario contar con un sensor que pueda estar en contacto con la solución nutritiva indefinidamente, debido a que el PH es una variable lenta. Para la medicación de esta variable se implementó un sensor SEN0043 de PH (figura 5.1), el cual funciona bajo los siguientes parámetros: ● Alimentación: 5V. ● Rango de medida: 0 a 14 PH. ● Rango de temperatura: 0 a 60°C. ● Tiempo de respuesta <= 1min. ● Ganancia ajustable. ● Precisión: ± 0.1pH (25 ℃) Sensor de Conductividad Eléctrica Para la medición de esta variable del sistema se implementó un sensor DFR0300 (figura 5.2), el cual es un medidor análogo de conductividad eléctrica que funciona bajo los siguientes parámetros. ● Alimentación: 5V. ● Rango de medición: 1ms/cm — 20ms/cm ● Rango de temperatura: 5 a 40°C. ● Precisión: < ±5% F.S. Figura 5.2 Sensor de temperatura y humedad relativa en el ambiente Para la medición de estas dos variables se utilizó el sensor DHT11 (figura 5.3), cuenta con un sensor capacitivo de humedad y un termistor para medir el aire que circula, este sensor muestra el dato en una señal digital y cumple con las siguientes características. ● Alimentación: 5V. ● Rango medición de humedad: 20% ~ 90% RH ● Resolución humedad: 1% RH ● Precisión medición de humedad: ±5% RH ● Rango medición de temperatura: 0~60 °C ● Precisión medición de temperatura: ±2.0 °C 17 ● Resolución temperatura: 0.1°C Figura 5.3 Sensor de temperatura y humedad Sensor de temperatura en la solución Para tomar esta medición se utilizó un sensor de temperatura LM35 (figura 5.4), el cual cuenta con una precisión calibrada de 1 ºC. Su rango de medición abarca desde -55 °C hasta 150 °C. La salida es lineal y cada grado Celsius equivale a 10 mV, por lo tanto, requiere de circuitos adicionales para calibrarlo externamente. La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración hace posible que esté integrado sea instalado fácilmente en un circuito de control. Debido a su baja corriente de alimentación se produce un efecto de autocalentamiento muy reducido; cumple con las siguientes características. ● Exactitud de ±0.5 °C a\ ● Temperatura ambiente (25 °C), y ±0.8 °C ● En el rango completo Bajo autocalentamiento: 0.08 °C ● Con aire en reposo Lineal. Salida de 10 mV/°C ● Voltaje de operación: 4 V a 30 V ● Consumo de corriente: < 60 μA ● Impedancia de salida: 0.1 Ω con carga de 1 mA ● Temperatura de operación: -55 °C a +150 °C El comportamiento lineal del sensor de temperatura se muestra en la (figura 5.5), donde se tomaron tres puntos de referencia del datasheet del integrado para establecer la ecuación lineal de la temperatura en función del voltaje. Esta ecuación servirá para realizar la conversión del voltaje a grados centígrados con un margen de error de +- 0.5 ºC Figura 5.5 Comportamiento lineal del sensor de temperatura Sensor de nivel de liquido Para la medición de nivel se utilizaron finales de carrera ligados a un flotador, de manera que cuando el agua llegue al nivel deseado desplace el flotador y este activara el final de carrera indicando el nivel de la forma tradicional. Figura 5.6 Sensor final de carrera Características Numero de pines 3 Voltaje de operación 125Vac 250Vac Temperatura -25°C - 85°C
