II

Dedicatoria A mis Padres Jaime y Watfa: Gracias por haberme formado como persona y estar en todo momento cuando he necesitado de su ayuda. Sin ustedes dos como mis pilares no podría haber llegado donde estoy ahora. A mis hermanos Alexis y Michalis, con los que he compartido toda mi vida, tomamos caminos distintos, pero nunca estaremos separados. A mi Polola Claudia, que es la única persona capaz de quererme, entenderme y seguir mis ideas. A mis Amigos y compañeros universitarios, a Joaquín que me ayudó ver el lado positivo en malos momentos, a Edinson por ser esa persona incondicional que siempre me ayudó, y en especial al colega Cristóbal, mi mejor amigo durante estos años, con el que compartí ideas, proyectos y ratos de ocio. La pensión de la tante Sibylle, lugar donde conocí muchas personas como Marthin, que fueron prácticamente mi familia los últimos 4 años de estudio, y pude compartir excelente momentos. Al equipo de Fútbol de la carrera, del cual tuve el privilegio de ser capitán por 4 años, viví buenos y malos momentos, donde además conocí maravillosas personas. Al profesor Pedro Rey, que fue el que me impulso a formar parte de la rama IEEE y desarrollar actividades para la Carrera, las cuales fueron de mucha experiencia para mi vida. A las personas que hoy ya no están conmigo, a mis abuelos que estarían orgullosos de ver a su nieto como profesional. A mi Mamí, por darme la Madre que tengo y mis tíos que quiero mucho.

Franz Jonshon Kochifas. III

Agradecimientos A mi Padre por darme la tarea encontrar la solución a un problema, lo que me llevo a realizar este trabajo, y también por financiar los costos de los componentes. A mi Profesor Patrocinante José Mardones, ya que principalmente a los proyectos diseñados en sus ramos, pude idear una solución a este problema. También por guiarme y apoyarme en la elaboración del trabajo. Todos los profesores que entregaron su conocimiento en las distintas áreas de la electrónica, que fueron parte esencial en el desarrollo de este proyecto. Y a todas las demás personas que en algún momento requerí de su ayuda para poder crear este sistema y sin pensarlo pusieron su granito de arena.

IV

Resumen El presente trabajo consiste en el diseño e implementación de un sistema que sea capaz de monitorear los parámetros que son relevantes para el transporte de langostas vivas en un viaje intercontinental, donde sólo pueden ser comercializadas si arriban vivas a su destino, por lo que es importante que lleguen en las mejores condiciones de salud posibles. El sistema debe ser capaz de monitorear los parámetros a lo largo de todo el trayecto, por lo que consistirá principalmente en cuatro seguimientos, transporte marítimo, transporte terrestre, vivero y transporte aéreo, donde el usuario podrá obtener la información de distintos parámetros, para realizar acciones correctivas, y de esta forma se pueda llevar un control continuo a lo largo de todo el proceso y permitir un producto de mejor calidad en el destino final. Finalmente se darán a conocer los resultados de la implementación del sistema, midiendo los parámetros con los sensores seleccionados según los requerimientos de diseño.

V

Abstract This work involves the design and implementation of a system that is able to monitor the parameters that are relevant for the transport of live lobsters in a intercontinental travel, where they can only be marketed if they arrive alive at their destination, so it is important arriving at the best possible health conditions.

The system must be able to monitor the parameters along the entire route, so will mainly consist of four follow, maritime transport, land transport, nursery and air transport, where the user can obtain information on various parameters, so he can perform corrective actions, and thus can lead to continuous monitoring throughout the process and enable better quality product at the final destination. Finally the results of the implementation of the system by measuring the parameters selected according to the design requirements sensors.

VI

INDICE

Capítulo 1. Planteamiento y objetivos………………………………………….

1

1.1. Introducción……………………………………………………………..

1

1.2. Objetivo general………………………………………………………..

2

1.3. Objetivos específicos………………………………………………….

2

Capítulo 2. Etapas de transporte………………………………………………..

3

2.1. Descripción General transporte………………………………………

3

2.1.1. Etapa Transporte Marítimo………………………………….

4

2.1.2. Etapa transporte terrestre……………………………………

5

2.1.3. Etapa de Acopio……………………………………………..

6

2.1.4. Etapa Transporte aéreo…………………………………….

7

Capítulo 3. Parámetros de vida de la langosta………………………………

8

3.1. Langosta……………………………………………………………….

8

3.2. Parámetros del Agua Langostas de Juan Fernández…………..

9

3.2.1. Oxigeno……………………………………………………..

9

3.2.2. Temperatura…………………………………………………

9

3.2.3. PH……………………………………………………………

9

3.2.4. Amoniaco (NH3)……………………………………………

10

3.2.5. Dureza carbonatos (KH)…………………………………..

10

3.2.6. Dureza del Agua (GH)……………………………………..

10

3.2.7. Salinidad del agua…………………………………………

10

3.3. Parámetros reales y óptimos……………………………………….

11

VII

Capítulo 4. Estado del arte de sistemas de monitoreo…………………….

12

4.1. Sistemas disponibles en el mercado……………………………….

12

4.1. Sistemas similares…………………………………………………….

13

Capítulo 5. Diseño del sistema………………………………………………….

14

5.1. Diseño Monitoreo transporte marítimo………………………………

14

5.2. Diseño Monitoreo trasporte Terrestre……………………………….

17

5.3. Diseño Monitoreo Vivero……………………………………………..

19

5.2. Diseño Monitoreo trasporte Aéreo…………………………………..

23

Capítulo 6. Dispositivos del sistema…………………………………………..

25

6.1. Arduino…………………………………………………………………

25

6.2. Shields Arduino……………………………………………………….

26

6.2.1. Arduino Ethernet Shield…………………………………….

26

6.2.2. Screw Shield 6.2.3 RTC Shield + sd………………………………………………

27

6.2.4. GPRS Shield - EFCom……………………………………..

28

6.3. Display LCD…………………………………………………………….

28

6.4. Módulo Xbee……………………………………………………………

29

6.5. Sensores………………………………………………………………..

30

6.5.1. Sensor temperatura DS18B20……………………………..

30

6.5.2. Sensor de Oxígeno Disuelto ENV-40-DO...........................

31

6.5.3. Sensor de PH ENV-40-PH………………………………….

32

6.5.4. Sensor de Conductividad ENV-40-EC…………………….

33

6.5.5. Sensor de Potencial de oxidación ENV-40-ORP…………

34

6.5.6. Acelerómetro de 3 ejes ADXL345……………………………….. VIII

35

6.5.6. Sensor de Presión BMP180………………………………………………..

35

6.6. Multiplexor COM-102………………………………………………………….

36

6.7. GPS Ublox neo-6m……………………………………………………….. …

36

Capítulo 7. Desarrollo de la solución…………………………………………

37

7.1 Desarrollo transporte marítimo……………………………………….

37

7.2 Desarrollo transporte terrestre…………………………………….....

41

7.3 Desarrollo transporte vivero……………………………………….....

44

7.4 Desarrollo transporte Aéreo……………………………………….....

52

Capítulo 8. Implementación……………………………………………………

54

8.1. Implementación transporte marítimo……………………………….

54

8.1. Implementación transporte terrestre………………………………..

56

8.1. Implementación Vivero……………………………………………….

58

8.1. Implementación transporte aéreo……………………………………

60

Conclusión…………………………………………………………………….…..

61

Bibliografía…………………………………………………………………………

63

Anexos………………………………………………………………………………

66

IX

Capítulo 1. Planteamiento y objetivos

1.1.

INTRODUCCION Hoy en día la globalización ha permitido que los mercados se expandan

hacia lo demás continentes. Chile es uno de los principales exportadores de cobre, uvas, arándanos y salmón, que son los principales sustentos de la economía [1]. Sin embargo también existen nuevos recursos que se están comenzando a exportar, principalmente productos del mar, en los cuales podemos destacar una especie única que solo existe en Chile, la langosta de Juan Fernández. Este crustáceo solo es posible encontrarlo en torno a las islas Robinson Crusoe, Santa Clara y Alejandro Selkirk (archipiélago de Juan Fernández) y en las islas San Ambrosio y San Félix (islas desventuradas), a un par de días de navegación desde Valparaíso. Es el principal sustento económico de los lugareños (aproximadamente el 80%), que son los únicos que tienen la autorización respectiva para la extracción de estos crustáceos. Para el archipiélago de Juan Fernández la veda comienza el 15 de mayo y finaliza el 30 de Septiembre, por lo que durante esos meses los pescadores solo se sustentan con lo que acumularon durante el periodo de pesca [2]. El mercado principal es China, con casi la totalidad de la exportación, aquí lo fundamental es que las langostas lleguen vivas, para que sean puestas en acuarios, y luego su posterior venta y consumo en restaurantes o eventos. Para lo cual estos crustáceos deben soportar un largo viaje desde las islas en la mitad del océano pacifico, siendo transportados miles de kilómetros. De aquí surge la necesidad de que estos crustáceos puedan realizar esta travesía con sus signos vitales lo mejor posible, y para ello es necesario llevar un monitoreo de todas las variables involucradas a lo largo del trayecto, para luego realizar un análisis y finalmente acciones correctivas que permitan mejorar los parámetros. 1

1.2. OBJETIVO GENERAL 

Elaborar un sistema que permita monitorear las condiciones de vida de las langostas con el fin de mantener su calidad hasta su destino final.

1.3. OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Crear un sistema con sensores en tiempo real que sea confiable y preciso.



Monitorear los parámetros a los cuales estarán sometidas las langostas y conocer cuáles son los valores normales.



Entregar información de manera clara y confiable para que personas sin conocimientos técnicos puedan tomar decisiones.



Permitir que el usuario pueda tener la información registrada para poder realizar acciones correctivas.

2

Capítulo 2. Etapas de transporte A continuación se presenta una descripción de las etapas de transporte, para de esta forma determinar las condiciones en las que viajan los crustáceos y así poder tomar determinaciones a la hora de elaborar el diseño. 2.1. Descripción General transporte El viaje que deben realizar las langostas consta de varias etapas, en las cuales también existen distintas variables a considerar. El trayecto total que deben completar las langostas hasta su destino final, puede definirse en 4 etapas diferentes, Transporte marítimo, transporte terrestre, acopio dentro de un vivero, y transporte aéreo, como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Representa el trayecto que realizan las langostas. Por lo tanto es necesario un diseño específico para cada etapa, ya que cada una tiene variables distintas que necesitan ser medidas y registradas, además de un ambiente diferente donde tendrá que ir ubicado el dispositivo. Es importante también considerar que el diseño del sistema debe ser acorde al tipo de transporte en el cual irán los sensores.

3

2.1.1. Etapa Transporte Marítimo El archipiélago Juan Fernández es un conjunto de islas parte del territorio de Chile ubicadas en el Pacífico Sur a más de 670 km del continente junto con la isla Selkirk, a 180 kms de esta última. Por lo cual solo es posible acceder a ella vía marítima o aérea. También hay que agregar la isla San Ambrosio ubicada a más de 1100 kms desde Valparaíso donde solo se puede llegar por barco. El tiempo promedio que se demora en navegar una embarcación desde el continente hasta el archipiélago de Juan Fernández es de 2 días de navegación, y para las islas desventuradas es de aproximadamente 3 días y 2 horas. Las distancias pueden ser apreciadas en la figura 2.

Figura 2. Mapa islas y trayectoria de transporte (línea roja).

Las langostas vienen dentro de cajas plásticas, que a su vez vienen dentro de un estanque con agua de mar, la cual circula continuamente con una motobomba que extrae el agua el océano. Es importante realizar el recambio de agua, ya que de esta manera los parámetros tienden a permanecer constantes a lo largo de todo el viaje. 4

Para esta etapa es necesario tener en consideración, que a pesar de que el agua se mantiene circulando es necesario llevar un monitoreo de los parámetros del agua, ya que pueden ocurrir problemas a la hora de la renovación, por ejemplo un mal funcionamiento de las bombas, la contaminación del agua, o la extracción de agua en mal estado, que puede producir la enfermedad o incluso la muerte de las langostas, con lo cual pierde su valor de exportación.

2.1.2. Etapa transporte terrestre Un camión se encarga de llevar las langostas dentro de cajas plásticas, las cuales poseen ranuras en los costados y en la parte superior, por lo que el transporte de los crustáceos se realiza en seco. El tramo desde la ciudad de Quinteros hasta el vivero es de aproximadamente 2 a 3 horas. Durante el viaje tampoco se lleva un monitoreo de las condiciones a las cuales se ven afectadas, ya que cuando están fuera del agua son más propensas a verse afectadas por variaciones de sus parámetros atmosféricos como por ejemplo, la temperatura. En la figura 3 se muestra como son cargadas las cajas con las langostas vivas dentro del camión.

Figura 3. Transporte Terrestre vía camión.

5

2.1.3. Etapa de Acopio Dentro del vivero comienza un tiempo de recuperación del viaje, ya que por las condiciones del mismo llegan débiles y estresadas. Dentro del vivero existe un sistema de circulación de agua donde se utilizan filtros, aun así el agua se cambia una vez al día con la ayuda de un camión aljibe. Actualmente los parámetros como oxígeno disuelto, temperatura, pH, etc. son revisados manualmente, por lo que si ocurre un cambio dentro del periodo donde no se está realizando la medición, podrían producir que las langostas no se recuperen de forma adecuada o incluso mueran. En el centro de acopio de las langostas existen 40 estanques, los cuales están todos conectados a un sistema de recirculación de agua con diversos filtros. Los cambios de agua del recinto se realizan con un camión aljibe dependiendo de las mediciones de los parámetros. Para esta etapa es necesaria que las condiciones del agua sean monitoreadas de manera remota, el centro de acopio posee conexión a internet, por lo que ese será el medio que se utilizará para transmitir la información. En la figura 4 se muestran los estanques con langostas en su interior.

Figura 4. Acopio de langostas en estanques.

6

2.1.4. Etapa Transporte aéreo La última etapa es la de transporte Aéreo, en la cual las langostas son enviadas al aeropuerto de la ciudad de Santiago, para luego ser enviadas en avión en un viaje intercontinental desde Chile, hasta China. Para ello las langostas son puestas dentro de cajas de poliestireno expandido, que poseen ranuras para que puedan tener oxigeno del ambiente. El viaje aéreo dura alrededor de 35 Horas, por lo que las langostas deben estar en buenas condiciones de salud para completar el viaje con vida. Cabe consignar que fuera del agua las langostas solo pueden vivir alrededor de 50 horas. Y el viaje completo considerando el paso por la aduana, dura aproximadamente 40 horas desde que salen del vivero, por lo tanto cualquier demora del viaje puede producir pérdidas. Aquí es importante la manipulación de las cajas, ya que si se mueven mucho las langostas se estresan reduciendo su expectativa de vida. Una vez que llegan a su destino final al exportador solo se le paga por las langostas que llegan vivas, y las demás solo el 50% de su valor. En la figura 5 se muestra como son recibidas las cajas en el aeropuerto.

Figura 5. Transporte Aéreo al interior de cajas de poliestireno expandido.

7

Capítulo 3. Parámetros de vida de la langosta En este capítulo se muestran los resultados de la investigación realizada para el estudio de los parámetros involucrados en la vida de las langostas, y de esta manera determinar los márgenes a los cuales pueden ser sometidos sin que se vea afectada su salud, con el fin de posteriormente realizar el diseño del sistema. 3.1. Langosta Jasus frontalis (H. Milne Edwards, 1837) más conocida como langosta de Juan Fernández, es un crustáceo artrópodo, con simetría bilateral. Su anatomía consta de cefalotórax y abdomen, su cuerpo está completamente cubierto por un caparazón que posee numerosas espinas aplastadas y anchas. El cuerpo está dividido en dos sectores por un surco cervical. En el sector anterior destaca la cabeza, que consta de un par de sobresalientes ojos, antenas, mandíbulas y maxilares, el rostro es puntiagudo y posee dos espinas. El cuerpo está cubierto por numerosas espinas, las que se presentan también en el pedúnculo de las antenas. Un ejemplar adulto tiene una longitud promedio de 23 cm. y pesa entre 700 a 900 g. En la figura 6 se aprecia un ejemplar adulto de langosta.

Figura 6. Langosta de Juan Fernández

8

3.2. Parámetros del Agua Langostas de Juan Fernández A continuación se realiza una breve descripción de los parámetros más relevantes para la vida de las langostas y su efecto sobre estas. 3.2.1. Oxigeno El Oxígeno Disuelto (OD) es la cantidad de oxígeno que está disuelta en el agua. Es un indicador de cuan contaminada está el agua o de lo bien que puede dar soporte esta agua a la vida vegetal y animal. Estudios demuestran que el límite letal de oxígeno, determinando experimentalmente es de alrededor de 0.80 ppm, un nivel inferior a este producirá la muerte de la langosta en pocas horas. En general, un nivel de óptimo de oxígeno disuelto es de 9-10 ppm si existe una sobresaturación de aire debido a un mal funcionamiento de una bomba, también puede concluir en la muerte de las langostas [4].

3.2.2. Temperatura Como este crustáceo vive en archipiélagos muy alejados del continente, la temperatura varía entre 13 a 18 grados dependiendo estación del año [5]. Por lo que un valor dentro de este rango será óptimo, valores muy altos provoca agitación en las langostas. Mientras menor sea la temperatura es mejor porque existe un menor consumo de Oxigeno por parte de los crustáceos, así como también una reducción en la tasa de canibalismo.

3.2.3. PH Es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias. Como viven en aguas marinas, el PH es Ligeramente alcalino entre 6.9 a 8.5 [6]. Si es más ácido, el Crustáceo es más propenso a contraer enfermedades, ya que se encuentra más débil. 9

3.2.4. Amoniaco (NH3) El amoníaco, amoniaco o azano, es un compuesto químico cuya molécula consiste en un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo con la fórmula NH3, Es fácilmente soluble y se evapora rápidamente. Se genera de los desechos de las langostas, el cual se puede disminuir renovando el agua de manera constante, se recomienda que sea Inferior a 3ppm. De ser alto este nivel, las langostas se intoxican y les produce asfixia [7].

3.2.5. Dureza carbonatos (KH) El kH (también llamado dureza temporal) es un medidor de la concentración de grupos carbonatos/bicarbonatos en el agua. Se recomienda una dureza de carbonatos de 3- 10, está relacionada directamente con el ph, ya que actúa para impedir una bajada rápida de esta última. Por lo que es un parámetro secundario [9].

3.2.6. Dureza del Agua (GH) Se refiere a las concentraciones disueltas de iones de magnesio y calcio [8]. El valor óptimo es de alrededor 15-25 o lo más alto si se encuentran especímenes jóvenes ya que necesitan tomar sales minerales del agua para formar su exoesqueleto. En el caso de langostas adultas no tiene mucha relevancia [9].

3.2.7. Salinidad del agua La salinidad es el contenido de sales minerales disueltas en un cuerpo de agua. Un nivel normal de salinidad es alrededor de 30-35 miligramos de sal por Litro de agua. Es muy difícil regularlo introduciéndoles sal, siendo lo mejor renovar el agua completamente [9]. 10

3.3. Parámetros reales y óptimos En su estado natural las langostas viven bajo ciertos parámetros, pero empresas europeas que se dedican al cuidado e incluso a la crianza de la langosta determinaron niveles que permiten un mejor cuidado de estos crustáceos [9]. En la tabla siguiente se muestran los valores para la langosta de Juan Fernández, teniendo en cuenta sus diferencias debido a su ubicación geográfica, tal como se muestra en la tabla 1. Tabla 1. Valores Para los Parámetros. Parámetro

Condición

Condición

Nivel

Optima

natural

Letal

Temperatura (°C)

12

12-18