Universidad Tecnològica de Querètaro

Firmado digitalmente por Universidad Tecnològica de Querètaro Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad Tecnològica de Querètaro, o=UTEQ, ou=UTEQ, [email protected], c=MX Fecha: 2014.06.10 13:48:56 -05'00'

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO

Nombre del proyecto: “CONSTRUCCION, CONTROL Y AUTOMATIZACION DE UN SISTEMA DE BOMBEO DE UN INVERNADERO PARA EL DESARROLLO Y CULTIVO DE TOMATE ROJO”

Empresa: AGROASEMEX

Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de: INGENIERO EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Presenta: MOISÉS ZAPIÉN ALARCÓN

Asesor de la UTEQ LUIS FELIPE MEJÍA RODRÍGUEZ

Asesor de la organización ABRAHAM RANGEL MARTINEZ

SANTIAGO DE QUERÉTARO, QRO., junio del 2014

RESUMEN

El presente proyecto está dirigido al análisis de la mejor opción de automatización de un invernadero con un Controlador Lógico Programable (Siemens S7 1200 CPU 1211C) o con un Sistema Basado en Microcontrolador (Arduino Uno). Además, mediante un análisis, determinar las condiciones más adecuadas para el cultivo de tomate que permita el mejoramiento y optimización de los recursos económicos, materiales y humanos, reduciendo costos e incrementando las utilidades, que de manera directa beneficien a los agricultores para una mejor calidad de vida.

El resultado final de la investigación después de analizar la mejor opción para la automatización para el cultivo de tomate, es la aplicación de medios tecnológicos para el diseño de un invernadero automatizado donde el ambiente sea controlado, con lo cual se puedan incrementar los niveles de producción, reducir los costos y mejorar la calidad del producto, por otra parte se propone una nueva forma de trabajo del agricultor para incrementar los beneficios de esta actividad agrícola.

2

SUMMARY

This Project deals with making a green house for the company Agroasemex. The greatest satisfaction was to go and talk to the people and physically watch the necessities of the agricultural after a bad weather season . In this project it was very interesting to understand the necessities that the agriculturist face in a bad weather season. I learned that the future of the agriculturist is in the green house. That Is the reason why production has to be more than less, causing less harm when faced with bad weather so the state does not have to produce for the entire country, because if this state has a bad weather season it can affect the productivity, causing an increase in price, affecting all Mexican families and their economy. Another learning was that we have to invest more in our agriculture so we can be more self sufficient and not depend on other countries.

3

ÍNDICE

Página Resumen …………………………………………………………

2

Summary…………………………………………………………..

3

Índice ……………………………………………………………..

4

I. INTRODUCCIÓN ……………………………………………

5

II. ANTECEDENTES …………………………………………….

6

III. JUSTIFICACIÓN ……………………………………………..

8

IV. OBJETIVOS ………………………………………………..

10

V. ALCANCE ……………………………………………………..

11

VI. ANÁLISIS DE RIESGOS ……………………………………

12

VII. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA …………………………..

13

VIII. PLAN DE ACTIVIDADES ………………………………….

30

IX. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS ………………

31

X. DESARROLLO DEL PROYECTO …………………………

33

XI. RESULTADOS OBTENIDOS …………………………….

47

XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................

48

XIII. ANEXOS XIV. BIBLIOGRAFÍA

4

I. INTRODUCCIÓN.

El proyecto trata sobre la selección de la mejor opción para automatizar un invernadero, entre un PLC Siemens S7 1200 CPU 1211C y un Arduino Uno, que se basa en un microcontrolador, ya que en la actualidad todos los cultivos de tomate son a cielo abierto y al haber cambios climatológicos como los actuales, como son lluvias atípicas y heladas atípicas, los cultivos se pierden, llevando al productor a perderlo todo, y esto trae consigo importación de tomate con un elevado costo para el consumidor, además pone en riesgo al campo mexicano, ya que para el siguiente ciclo habrá menos hectáreas sembradas y consigo desabasto de tomate.

Con este proyecto se marca la importancia de dar un nuevo impulso a la actividad agrícola empleando los medios tecnológicos al alcance, como son los invernaderos automatizados, para poder seguir siendo competitivos en el mercado y optimizar los recursos financieros, humanos y materiales.

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II. ANTECEDENTES. Los agricultores saben que se puede mejorar la actividad agrícola al hacer uso de desarrollos tecnológicos que ayuden a esta tarea, ya que en otras regiones y países se aplican tecnologías de punta para obtener mejores rendimientos, desde luego cada región tiene su peculiaridad, por lo cual es necesario realizar una investigación para realmente obtener los mejores resultados. Como producto de venta a nivel nacional y de exportación, el tomate constituye una posible fuente de ingresos considerables si se desarrolla y exporta de manera adecuada, y en corto plazo seria una de las principales actividades económicas agrícolas. La producción de tomate puede ser mayor, si se explota de manera responsable todo el potencial del que se dispone en la región, por contar con una superficie y clima adecuado para la producción agrícola. La manera en que se ha cultivado desde que se inició esta actividad es de temporal y riego, en los últimos 5 años no ha cambiado significativamente, ya que en un 98% se aplican los mismos métodos y escasamente en un 2% se aplican nuevas tecnologías ( ver tabla 1), en los cultivos donde se aplican no dan los resultados esperados, debido a que todo el trabajo lo hacen manualmente, por lo cual los agricultores se han desalentado en invertir en estas tecnologías, pero están totalmente consientes que si se aplica de manera efectiva medios tecnológicos, obtendrán buenos resultados, mejorando el cultivo y comercialización del producto. El tomate es un producto de consumo nacional e internacional, ya que se incluye en una gran variedad de platillos, además de ser excelente nutriente para el ser humano, la manera en que se cultiva actualmente el tomate no permitirá a mediano y largo plazo seguir en el mercado en la producción de tomate. La producción altamente tecnificada en los últimos 5 años se destino en un 82% a la exportación y el restante 20% al mercado nacional.

6

Tabla 1. De producción agrícola, superficie sembrada, en la modalidad riego + temporal. 2012

Ubicación

Sup. Sembrada (Ha)

AGUASCALI ENTES

Sup. Sup. Rendimient Producción Cosechada Siniestrada o (Ha)

(Ha)

(Ton)

(Ton/Ha)

PMR ($/Ton)

Valor Producción (Miles de Pesos)

313

313

0

10,749.90

34.34

4,002.49

2,952.05

2,932.80

19.25

189,635.96

64.66

7,782.77 1,475,892.93

2,232.74

2,203.74

29

106,858.54

48.49

6,745.16

720,777.84

CAMPECHE CHIAPAS

220.75 1,074.25

220.75 1,074.25

0 0

5,874.78 37,581.09

26.61 34.98

4,068.74 7,765.79

23,902.97 291,846.84

CHIHUAHUA COAHUILA COLIMA DISTRITO FEDERAL DURANGO GUANAJUA TO

87.27 695.5 191.5

87.27 695.5 191.5

0 0 0

8,105.74 59,180.84 6,458.00

92.88 85.09 33.72

9,272.84 6,373.68 3,195.29

75,163.22 377,199.99 20,635.20

1.5 180.75

1.5 180.75

0 0

135 31,277.80

90 173.04

8,763.34 8,624.14

1,183.05 269,744.20

896.73

896.73

0

78,440.39

87.47

3,093.31

242,640.58

995.59 564.58 2,079.98 1,281.37

995.59 564.58 2,055.18 1,281.37

0 0 24.8 0

18,470.39 17,708.89 156,660.03 80,073.76

18.55 31.37 76.23 62.49

5,207.58 96,186.06 6,196.23 109,728.31 7,355.11 1,152,251.60 7,025.52 562,560.05

5,062.00 2,256.50 2,447.50

5,006.00 2,256.50 2,447.50

56 0 0

171,038.52 71,202.90 87,304.30

34.17 31.56 35.67

3,055.99 5,719.77 2,886.93

522,691.93 407,264.41 252,041.01

524.7 972.72 831.2

514.3 967.97 831.2

10.4 4.75 0

38,612.18 96,744.42 52,849.79

75.08 99.95 63.58

5,131.55 5,573.93 8,177.53

198,140.33 539,247.02 432,180.87

154

154

0

27,773.45

180.35

6,773.76

188,130.75

61.37

61.37

0

1,399.08

22.8

4,408.63

6,168.02

1,639.68 18,623.05 1,448.70 47

1,616.68 18,449.92 1,388.20 40

23 116,136.93 173.13 1,039,367.64 60.5 82,323.87 7 498.8

71.84 56.34 59.3 12.47

4,445.96 516,340.56 2,954.14 3,070,433.17 4,299.99 353,992.21 6,001.16 2,993.38

1,876.20 8 2,920.25 233.45

1,737.20 8 2,870.25 230.87

45,104.70 170 58,141.04 3,360.06

25.96 21.25 20.26 14.55

5,018.62 4,470.59 4,796.51 5,347.73

3,014.16 55,888.04

2,962.91 55,237.38

51.25 139,131.08 650.66 2,838,369.87

46.96 51.38

4,816.00 670,055.87 4,631.67 ##########

BAJA CALIFORNIA BAJA CALIFORNIA SUR

GUERRERO HIDALGO JALISCO MEXICO MICHOACA N MORELOS NAYARIT NUEVO LEON OAXACA PUEBLA QUERETAR O QUINTANA ROO SAN LUIS POTOSI SINALOA SONORA TABASCO TAMAULIPA S TLAXCALA VERACRUZ YUCATAN ZACATECAS

139 0 50 2.58

7

43,026.39

226,363.32 760 278,874.11 17,968.68

III. JUSTIFICACIÓN.

Un invernadero de investigación controlado y automatizado, facilita el desarrollo de nuevos cultivos, previniendo plagas o enfermedades que puedan adquirir las plantas, obteniendo de manera significativa mayor producción y calidad en cultivos. El tomate es una de las principales hortalizas en nuestro país; aunque su producción en los últimos años ha estado variando, como se muestra en la tabla ( ver tabla 2). . Año 2009 2010 2011 2012 2013

Sup. Sembrada 53,572.62 54,510.59 53,780.18 55,888.04

Tabla 2. Superficie sembrada de tomate

Existen transgénicos y tomates rojos que no son modificados genéticamente y que de igual manera pueden ayudar a superar los problemas que pretenden paliar. Como el tomate divino, introducido por la empresa estadounidense israelí Sun World en el valle de Culiacán y baja California, y que tiene larga vida de anaquel. La ventaja de este tomate es que se puede considerar como un producto natural, pues se origina a través de una planta mutante y no necesariamente por medio de la transgénesis. En México se están sembrando tomates transgénicos destinados a la exportación. En este caso resalta la urgente necesidad de lograr competitividad en ambos lados de

la frontera por medio

de

la

implementación de invernaderos automatizados que permitan cultivar hortalizas en cualquier época del año y sin importar el tipo de tomate rojo que se trate, al utilizar invernaderos se aprovecharan de mejor forma los recursos naturales en beneficio de la sociedad. Desarrollando y aplicando de manera efectiva invernaderos automatizados se obtendrán los siguientes beneficios:  Incrementar la producción por hortaliza con productos de calidad uniforme. 8

 Optimizar

los

recursos

humanos,

materiales

y

financieros

empleándolos de manera adecuada y oportuna.  Incrementar el número de cosechas al menos en dos por año en cada hortaliza.

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IV. OBJETIVOS.

Controlar y automatizar un invernadero por medio de un PLC (Siemens S7 1200 CPU 1211C) o microcontrolador, que se encargue del control de ambientación del invernadero, con el fin de simular un ecosistema natural que permitirá el desarrollo e investigación de diferentes tipos de hortaliza.

Objetivos particulares:

Controlar y automatizar el sistema de riego. Controlar la temperatura. Controlar la humedad. Aumentar la producción de hortalizas.

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V. ALCANCE.

Este proyecto está diseñado para una superficie de 200m², ya que es un proyecto productivo para comunidades en donde se quiere tener la cultura de cultivar todo el año con menos recursos económicos, materiales y humanos y tener una mejor calidad de vida para la comunidad.

Una limitante para este proyecto, es si se requiere ampliar la superficie se tiene que extender el programa, ya que se tienen que colocar más sensores y estos deben ser por secciones, para que sea más fácil controlar y no se ponga en riesgo la cosecha y el bienestar de la comunidad.

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VI. ANÁLISIS DE RIESGOS.

.

6.1.1 Microcontrolador Arduino.

Las ventajas para microcontrolador son:  Los costos son más baratos que el Plc Siemens S7 1200 CPU 1211C

Las desventajas para este microcontrolador son:  Cuando la temperatura supera los 30 °C, el microcontrolador puede tener problemas de operación.  Con la humedad relativa (HR) también pasa lo mismo que con la temperatura.  Este microcontrolador está hecho con fines educativos.

6.1.2 Plc Siemens S7 1200 CPU 1211C Las ventajas de este Plc son:  Está diseñado para ambientes hostiles, permitiendo controlar las variables de un invernadero, sin que se desprograme.

Las desventajas para este Plc son:  Los costos son más elevados que el Arduino .  Que en las diferentes etapas de crecimiento del cultivo se requiere estar modificando la variable de la humedad.  Si no se cuenta con el personal capacitado para mover la variable de la humedad, se puede dañar al cultivo.

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VII. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.

7.1 TIPOS DE INVERNADERO Un invernadero es toda aquella estructura que protege al cultivo de las condiciones climatológicas externas, permitiendo su crecimiento y la realización de las labores culturales en el interior del mismo, durante todo su ciclo. Dentro de la cual es posible obtener unas condiciones artificiales de microclima, y con ello cultivar plantas fuera de su estación en condiciones óptimas. En la construcción de un invernadero hay que tomar en consideración al menos los siguientes factores: Los materiales que configuran la estructura deben resistir los esfuerzos mecánicos a los que se va a someter y no deformarse con el paso del tiempo. El peso de la propia estructura, el empuje del viento y la sobrecarga de nieve son los efectos más importantes que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar e instalar un invernadero. Los materiales de cobertura o recubrimiento han de ser resistentes a los factores climáticos adversos (lluvia, viento, nieve y granizo) y permitir la mayor transmisión posible de la radiación solar que reciben. La superficie y el volumen del invernadero tienen que ser lo suficientemente grandes como para permitir una mecanización que resulte utilizable rápida y cómodamente. La orientación y el diseño del invernadero han de reunir características tales que le permitan recibir la mayor radiación solar posible y que se produzca una renovación del aire satisfactoria, especialmente durante las épocas del año en que estos aspectos son más necesarios: solar en invierno y ventilación en verano.

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Los invernaderos se pueden clasificar de distintas formas, según se atienda a determinadas características de sus elementos constructivos(por ejemplo, por su perfil externo, según su fijación o movilidad, por el material de cubierta, según el material de la estructura, etc.). La elección de un tipo de invernadero está en función de una serie de factores o aspectos técnicos:  Tipo de suelo. Se debe elegir suelos con buen drenaje y de alta calidad; aunque con los sistemas modernos de fertirriego es posible utilizar suelos pobres con buen drenaje o sustratos artificiales.  Topografía.

Son

preferibles

lugares

con

pequeña

pendiente

orientados de norte a sur.  Vientos. Se tomarán en cuenta la dirección, intensidad y velocidad de los vientos dominantes.  Exigencias bioclimáticas de la especie en cultivo.  Características climáticas de la zona o del área geográfica donde vaya a construirse el invernadero.  Disponibilidad de mano de obra (factor humano).  Imperativos económicos locales (mercado y comercialización).

7.1.1 INVERNADERO PLANO O TIPO PARRAL Este tipo de invernadero se utiliza en zonas poco lluviosas. La estructura de estos invernaderos se encuentra construida por dos partes claramente diferenciadas, una estructura vertical y otra horizontal. La estructura vertical está construida por soportes rígidos que se pueden diferenciar según sean perimetrales ( soportes de cerco situados en las bandas y los esquineros) o interiores (pies derechos). Los pies derechos intermedios suelen estar separados unos 2.0 m en sentido longitudinal y 4.0 m en dirección transversal, aunque también se presentan separaciones de 2.0 m X 2.0 m y 3.0 m X 4.0 m. Los soportes perimetrales tienen una 14

inclinación hacia el exterior de 30° con respecto a la vertical y junto con los postes que sujetan su extremo superior sirven para tensar las coordenadas de alambre de la cubierta. Estos apoyos generalmente tienen una separación de 2.0 m aunque en algunos casos se utilizan distancias de 1.5 m. Tanto los apoyos exteriores como interiores pueden ser rollizos de pino o eucalipto y tubos de acero galvanizado. La estructura horizontal está constituida por dos mallas de alambre galvanizado superpuesta, implantadas manualmente de forma simultánea a la construcción del invernadero y que sirve para portar y sujetar la lámina de plástico. Los invernaderos planos tienen una altura de cubierta que varía entre 2.15 m y 3.5 m y la altura de las bandas oscilan entre 2.0 m y 2.7 m (ver Fig.1). Los soportes del invernadero se apoyan en bloques troncos piramidales, prefabricados

de

hormigón,

colocados

sobre

pequeños

cimentación.

Fig.1. Invernadero tipo plano o parral

15

pozos

de

Sus principales ventajas son:  Su economía de construcción.  Su gran adaptabilidad a la geometría del terreno.  Mayor resistencia al viento.  Aprovecha el agua de lluvia en periodos secos.  Presentan una gran uniformidad luminosa. Sus desventajas son:  Poco volumen de aire.  Mala ventilación.  La instalación de ventanas cenitales es bastante difícil.  Demasiada especialización en su construcción y conservación.  Rápido envejecimiento de la instalación.  Poco o nada aconsejable en los lugares lluviosos.  Peligro de hundimiento por las bolsas de agua de lluvia que se forman en la lámina de plástico.  Peligro de destrucción del plástico y de la instalación por su vulnerabilidad al viento.  Difícil mecanización y dificultad en las labores de cultivo por el excesivo número de postes, alambre de los vientos, piedras de anclaje, etc.  Poco estanco al goteo del agua de lluvia y al aire ya que es preciso hacer orificios en el plástico para la unión de las mallas con alambre, lo que favorece la proliferación de enfermedades fúngicas.

7.1.2 INVERNADERO EN RASPA Y AMAGADO Su estructura es muy similar al tipo parral, pero varía la forma de la cubierta. Se aumenta la altura máxima del invernadero en la cumbrera, que oscila 16

entre 3.0 m y 4.2 m, formando lo que se conoce como raspa. En la parte más baja, conocida como amagado, se unen las mallas de la cubierta al suelo mediante postes y horquillas de hierro que permite colocar los canalones para el desagüe de las aguas pluviales. La altura del amagado oscila de 2.0 m a 2.8 m, la de las bandas entre 2.0m y 2. m (ver Fig. 2) La separación entre apoyos y los postes del amagado es de 2.0 m X 4.0 m y el ángulo de la cubierta oscila entre 6◦ y 20◦, siendo este último el valor óptimo. La orientación recomendada es en dirección este-oeste.

Fig. 2. Invernadero tipo raspa o amagado Sus principales ventajas son:  Su economía.  Tiene mayor volumen unitario y por tanto una mayor inercia térmica que aumenta la temperatura nocturna con respecto a los invernaderos planos.  Presentan buena estanqueidad a la lluvia y al aire, lo que disminuye la humedad interior en periodos de lluvia.  Presenta una mayor superficie libre de obstáculos.  Permite la instalación de ventilación cenital situada a sotavento, junto a la arista de la cumbrera. Sus principales desventajas son:  Diferencias de luminosidad entre la vertiente sur y la norte del invernadero.

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 No aprovecha las aguas pluviales.  Se dificulta el cambio del plástico de la cubierta.  Al tener mayor superficie desarrollada se aumentan las pérdidas de calor a través de la cubierta.

7.1.3 INVERNADERO ASIMÉTRICO O INACRAL Difiere de los tipos raspa y amagado en el aumento de la superficie en la cara expuesta al sur, con objeto de aumentar su capacidad de captación de la radiación solar. Para ello el invernadero se orienta en sentido este-oeste, paralelo al recorrido aparente del sol. La inclinación de la cubierta debe ser aquella que permita que la radiación solar incida perpendicularmente sobre la cubierta al mediodía solar durante el solsticio de invierno, época en la que el sol alcanza su punto más bajo. Este

ángulo

deberá

ser

próximo

a

60◦,

pero

ocasiona

grandes

inconvenientes por la inestabilidad de la estructura a los fuertes vientos. Por ello se han tomado ángulo comprendidos entre los 8◦ y 11◦ en la cara sur y entre los 18◦ y 30◦ en la cara norte. La altura máxima de la cumbrera varía entre 3.0 m y 5.0 m, y su altura mínima de 2.3 m a 3.0 m. la altura de las bandas oscila entre 2.15 m y 3.0 m. la separación de los apoyos interiores suele ser de 2.0 m X 4.0 m (ver Fig.3).

18

Fig. 3. Invernadero tipo asimétrico Sus principales ventajas son:  Buen aprovechamiento de la luz en la época invernal.  Su economía.  Elevada inercia térmica debido a su gran volumen unitario.  Es estanco a la lluvia y al aire.  Buena ventilación debido a su elevada altura.  Permite la instalación de ventilación cenital a sotavento. Sus principales desventajas :  No aprovecha el agua de lluvia.  Se dificulta el cambio del plástico de la cubierta.  Tiene más pérdidas de calor a través de la cubierta debido a su mayor superficie desarrollada en comparación con el tipo plano.

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7.1.4 INVERNADERO DE CAPILLA Los invernaderos de capilla simple tienen la techumbre formando uno o dos planos inclinados, según sea a una agua o a dos aguas (ver Fig.4)..

Fig. 4. Invernadero tipo capilla

Sus principales ventajas son:  Es de fácil construcción y de fácil conservación.  Es muy aceptable para la colocación de todo tipo de plástico en la cubierta.  La ventilación vertical en paredes es muy fácil y se puede hacer de grandes  superficies, con mecanización sencilla. También resulta fácil la instalación de ventanas cenitales.  Tiene grandes facilidades para evacuar el agua de lluvia.

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7.1.5 INVERNADERO DE DOBLE CAPILLA Los invernaderos de doble capilla están formados por dos naves yuxtapuestas. Su ventilación es mejor que en otros tipos de invernadero, (ver Fig. 5) debido a la ventilación cenital que tiene en cumbrera de los dos escalones que forma la yuxtaposición de las dos naves, estas aberturas de ventilación suelen ponerse en ellas malla mosquitera. Además también poseen ventilación vertical en las paredes frontales y laterales.

Fig. 5. Invernadero tipo doble capilla

7.1.6 INVERNADERO TÚNEL O SEMICILÍNDRICO Se caracteriza por la forma de su cubierta y por su estructura totalmente metálica. El empleo de este tipo de invernadero se está extendiendo por su mayor capacidad para el control de los factores climáticos, su gran resistencia a fuertes vientos y su rapidez de instalación al ser estructuras prefabricadas (ver Fig. 6). Los soportes son de tubos de hierro galvanizado y tienen una separación interior 5.0 m X 8.0 m ó 3.0 m X 5.0 m. La altura máxima de este tipo de invernaderos oscila entre 3.5 m y 5.0 m. En las bandas laterales se adoptan alturas de 2.5 m a 4.0 m.

21

El ancho de estas naves está comprendido entre 6.0 m y 9.0 m y permiten el adosamiento de varias naves en batería. La ventilación es mediante ventanas cenitales que se abren hacia el exterior del invernadero.

Fig. 6. Invernadero tipo túnel o semicilíndrico

Sus principales ventajas son:  Estructuras con pocos obstáculos en su diseño.  Buena ventilación.  Buena estanqueidad a la lluvia y al aire.  Permite la instalación de ventilación cenital a sotavento y facilita su accionamiento mecanizado.  Buen reparto de la luminosidad en el interior del invernadero.  Fácil instalación. Principales desventajas son:  Elevado costo.  No aprovecha el agua de lluvia.

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7.1.7 INVERNADERO DE CRISTAL O TIPO VENLO Este tipo de invernadero, también llamado venlo, es de estructura metálica prefabricada con cubierta de vidrio y se emplean generalmente en el norte de Europa (ver Fig. 7) El techo de este invernadero industrial está formado por paneles de vidrio que descansan sobre los canales de recogida de pluviales y sobre un conjunto de barras transversales. La anchura de cada módulo es de 3.2 m. Desde los canales hasta la cumbrera hay un solo panel de vidrio de una longitud de 1.65 m, y anchura que varía desde 0.75 m hasta 1.6 m. La separación entre columnas en la dirección paralela a las canales es de 3.0 m. En sentido transversal está separadas 3.2 m si hay línea de columnas debajo de cada canal, 6.4 m si se construye algún tipo de viga en celosía.

Fig. 7. Invernadero tipo cristal

Su principal ventaja es que tiene una buena estanqueidad lo que facilita una mejor climatización de los invernaderos. 23

Sus inconvenientes son:  La abundancia de elementos estructurales implica una menos transmisión de luz.  Su elevado costo.  Naves muy pequeñas debido a la complejidad de su estructura.

7.2.0 DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS

7.2.1 RIEGO. El agua en las plantas es necesaria, ya que los tres átomos que constituyen su molécula con la consiguiente polaridad de sus cargas eléctricas, facilitan mucho la disolución en agua de otras sustancias, y con esta pueden producir la fotosíntesis la cual es un proceso en el que la planta fabrica sustancias para su nutrición y desarrollo.

El riego consiste en aportar agua al suelo para que los vegetales tengan el suministro que necesitan (alimento) favoreciendo así su crecimiento, mientras que el fertilizante es una sustancia o mezcla química natural o sintética utilizada para enriquecer el suelo y favorecer el crecimiento vegetal. Se busca tener un equilibrio en el riego y la fertilización para que haya un ahorro de agua y la planta tenga un crecimiento óptimo.

En la mayor parte de los cultivos hortícolas se utiliza el riego como técnica habitual para conseguir la máxima producción. Existen varios sistemas de riego: el riego tradicional por gravedad, ya sea por desbordamiento, por inundación ( a manta ) o por surcos; el riego por aspersión, mediante sistemas fijos y móviles, y el riego localizado ( por goteo ). Existen varios sistemas de riego, entre los cuales sobresalen: 24

 Aspersión.  Puente móvil.  Goteo.

7.2.2 FERTIRRIGACIÓN. El término fertirrigación se usa desde 1983, referido a la técnica de aplicar fertilizantes con el agua de riego o, en concreto, el riego con soluciones nutritivas. Según algunos autores, la fertirrigación es el método más racional de que disponen ciertos países para realizar una fertilización automatizada respetando el medio ambiente. Su aplicación destaca en los cultivos hortícolas. Fertilizante es una sustancia o mezcla química natural o sintética utilizada para nutrir el suelo y favorecer el crecimiento de la planta de forma natural.

7.2.3 SUSTRATO. Se denomina sustrato a un medio sólido inerte que cumple dos funciones esenciales: Anclar y aferrar las raíces protegiéndolas de la luz y permitiéndoles respirar. Contener el agua y los nutrientes que las plantas necesitan. Los gránulos componentes del sustrato deben permitir la circulación del aire y de la solución nutritiva. Se consideran buenos aquellos que permiten la presencia entre 15% y 35% de aire y entre 20% y 60% de agua en relación con el volumen total. Muchas veces es útil mezclar sustratos buscando que unos aporten lo que les falta a otro, teniendo en cuenta los aspectos siguientes:  Retención de humedad.  Alto porcentaje de aireación.  Físicamente estable. 25

 Químicamente inerte.  Biológicamente inerte.  Excelente drenaje.  Poseer capilaridad.  Liviano.  De bajo costo.  Alta disponibilidad.

7.2.4 CALEFACCIÓN. La temperatura es la primera variable a tener en cuenta en el manejo del ambiente dentro de un invernadero, ya que es la que más influye en el crecimiento y desarrollo de las plantas; por tal motivo se desea tener la temperatura en un rango óptimo. Existen varios sistemas de calefacción según el método a utilizar: Por agua caliente. Este sistema se basa en la transferencia de calor que se produce al circular un caudal de agua caliente por tubería que recorre el interior del invernadero. Por vapor de agua. Es una variante del caso anterior; aquí el fluido que circula por una gran parte del circuito de calefacción es vapor de agua a media presión. Éste tiene peor uniformidad en la distribución del calor y humedece el ambiente. Por aire caliente. En este sistema el fluido circulante es una masa de aire previamente calentada en un generador de combustión directa o en un intercambiador de calor. En la combustión directa es arrastrado hacia el interior del invernadero que contiene gases de la combustión; éstos pueden resultar tóxicos para el cultivo, en especial si son portadores de etileno y óxidos de azufre o nitrógeno. Cuando se emplean combustibles libres de contaminantes, como son el gas natural o el gas licuado de petróleo, las 26

emisiones que resultan de la combustión, ricas en anhídrido carbónico y vapor de agua, pueden utilizarse a modo de fertilización carbónica. Mediante electricidad. La energía puede utilizarse de distintas formas para generar calor. La más simple ( termo ventilador ) consiste en calentar mediante resistencias eléctricas una masa refractaria que actúa como acumulador de calor, mientras un ventilador se encarga de distribuir el aire caliente por el interior del invernadero. Otra modalidad es la del cable radiante, que consiste en extender sobre una capa de material aislante un conductor eléctrico que, debido a resistencia, transforma la energía eléctrica en energía calorífica. Mediante instalación solar. Una serie de colectores planos u ondulados, formando por dos láminas de cristal o de material plástico, por los que circula agua o diversas soluciones; captan la energía solar y la transfieren mediante una bomba de circulación o un acumulador de calor. Otras fuentes de energía. Se pueden emplear la energía geotérmica y la eólica para calentar invernaderos.

7.2.5 HUMIDIFICACIÓN. Humedad relativa (HR) es la cantidad de agua contenida en el aire, en relación con la máxima que sería capaz de contener a la misma temperatura. Existe una relación inversa de la temperatura con la humedad, por lo que a elevadas temperaturas aumenta la capacidad de contener vapor de agua y disminuye la HR. Con temperaturas bajas la HR aumenta. Cuando la HR es excesiva las plantas reducen la transpiración y disminuyen su crecimiento, cuando la HR es mínima las plantas transpiran en exceso y se deshidratan. Este sistema depende del lugar en el que se encuentre el invernadero, ya que en muchos ambientes no se requiere proporcionarle vapor, para elevar la HR. Uno de los sistemas más relevantes es el llamado pared húmeda, el cual se basa en una pared formada por fibras de cera que se encargan de distribuir agua por las celdas en esta pared. En el lado contrario de este

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dispositivo se ubica un extractor de aire, el cual succionara el agua en forma de rocío, la cual se distribuirá dentro del invernadero.

7.2.6 ILUMINACIÓN A 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 al mínimo las sombras interiores.  Aumento del ángulo de incidencia de las radiaciones sobre las cubiertas.  Acolchado del suelo con plástico blanco. Es interesante destacar el uso del blanqueo, el cual tiene la función de filtro para evitar algunos tipos de rayos solares, tales como los rayos UV; ya que esta labor está en función del desarrollo del cultivo y de las temperaturas, y tienen efectos contradictorios que hay que conocer para hacer un correcto uso. Hay que saber que la planta sombreada se ahíla 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 se produce el blanqueo. Los plásticos sucios o envejecidos provocan el mismo efecto que el blanqueo.

7.2.7 CO² El bióxido de carbono de la atmósfera es la materia prima imprescindible de la función clorofílica de las plantas. El enriquecimiento de la atmósfera del invernadero con CO², es muy interesante en muchos cultivos.

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La concentración normal de CO² en la atmósfera es del 0.03%. este índice debe aumentarse a límites de 0.1-0.2%, cuando los demás factores de la producción vegetal sean óptimos, si se desea el aprovechamiento al máximo de la actividad fotosintética de las plantas. Las concentraciones superiores al 0.3% resultaran tóxicas para los cultivos. En los invernaderos en los que no se aplica bióxido de carbono, la concentración de este gas es muy variable a lo largo del día. Alcanzar el máximo de la concentración al final de la noche y el mínimo a las horas de máxima luz que coinciden con el mediodía. En un invernadero cerrado por la noche, antes de que se inicie la ventilación por la mañana, la concentración de Co² puede llegar a límites mínimos de 0.005-0.01% , que los vegetales no pueden tomarlo y la fotosíntesis es nula. En el caso de que el invernadero esté cerrado durante todo el día, en épocas demasiado frías, esa concentración mínima sigue disminuyendo y los vegetales se encuentran en situación de extrema necesidad en CO² para poder realizar la fotosíntesis. Los niveles aconsejados de CO² dependen de: la especie o variedad cultivada, la radiación solar, la ventilación, la temperatura y de la humedad. El óptimo de asimilación está entre los 18 y 23 °C de temperatura, descendiendo por encima de los 23-24 °C. respecto a la luminosidad y humedad, cada especie vegetal tiene un óptimo distinto. El efecto que produce la fertilización con CO² sobre los cultivos hortícolas, es el de aumento de la precocidad de aproximadamente un 20% y aumento de los rendimiento es un 25-30%, mejora la calidad del cultivo así como la de su cosecha. Sin embargo, no se puede hablar de una buena actividad fotosintética sin una óptima luminosidad, la luz es factor limitante, y así, la tasa de absorción de CO² es proporcional a la cantidad de luz recibida, además de depender también de la propia concentración CO² disponible en la atmósfera de la planta. Se puede decir que el periodo más importante para el enriquecimiento carbónico es el mediodía, ya que es la parte del día en que se dan las máximas condiciones de luminosidad.

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VIII. PLAN DE ACTIVIDADES SEMANA

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Nivelación del terreno Armado de la estructura Colocación del plástico Colocación de cortina enrollable Colocación de ducteria y cableado CA Colocación de PLC Colocación de ducteria y cableado de sensores Colocación del calefactor Colocación de ventiladores Colocación de sensor de HR Colocación de sensor de temperatura Colocación de tinacos Colocación de bombas para riego Colocación de tubería para humedad Colocación de tubería para riego Llenado de bolsas con sustrato Plantación de jitomate Colocación de sistema de riego Colocación de sistema de humedad Colocación de sensor de humedad en planta

X

2

3

4

5

6

7

ACTIVIDAD X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

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IX. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS. . Recursos Materiales Zapatas prefabricadas de concreto Pilares de PTR galvanizado. Arcos en PTR galvanizado. Largueros de PTR galvanizado. Barra de cultivo. Poste intercabecero Bastidor corredizo. Cortina enrollable para paredes laterales. Plástico para invernadero. Ganchos para el plástico. Semilla de jitomate. Sustrato (Mezcla de sustratos de perlita, vermiculita, humus y peat moss) Naturabono. Bolsa para plantar la semilla (bolsa de 30 X 30, calibre 500) Cinta para riego (calibre 6000 con goteros cada 32cm) Manguera o poliducto de 20mm de diámetro en calibre 45 mil. Nebulizador de cuatro cabezas de rango amplio. Canaleta para bolsa. PLC Siemens. S7 1200 CPU 1211C Sensor de humedad para la planta. Sensor de humedad relativa. Sensor de temperatura. 31

Bomba de agua para el sistema de riego por goteo (bomba sumergible de 4000 L/H) Bomba de agua para la humedad relativa (bomba sumergible de 2000 L/H) Ventiladores para la temperatura. Calefactor para invernadero de 400,000 BTU para gas LP. Tinacos para el agua de 5000 L. Recursos Humanos. Se requieren 4 personas para el armado del invernadero, plantar la semilla, para cableado de CA, colocación de ventiladores, colocación de calefactor, colocación de bombas, tinacos, colocación de sensores de temperatura, humedad relativa, humedad en planta, colocación de PLC.

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X. DESARROLLO DEL PROYECTO.

Introducción. 10.1. La integración fue buena, ya que se conocía a la gente y soy bien aceptado. Agroasemex es una empresa que se dedica a asegurar el campo mexicano tanto agrícola, ganadero, acuícola y avícola. En el departamento al que fui asignado es el de investigaciones, ya que se les ha encargado de hacer un proyecto productivo para comunidades en las cuales han sufrido algún siniestro, como son lluvias y heladas atípicas. Todo esto con el fin de apoyar a los productores y que vean que es mejor producir en invernadero que de temporal o de riego.

10.2.1 Nivelación del terreno. Consiste en que el terreno donde se va hacer el invernadero este completamente plano y esto se puede hacer con maquinaria (ver Fig. 8) por ejemplo con un tractor, con el fin de que al armar el invernadero no quede inclinado.

Fig.8. Nivelación del terreno

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10.2.2 Armado de la estructura.

En esta parte se debe tener mucho cuidado ya que es el corazón de todo el proyecto, ya que debido a que si queda mal colocadas las zapatas y pilares se nos puede caer y todo el proyecto debe durar 10 años como mínimo (ver Fig. 9)

Fig. 9. Armado de la estructura

10.2.3 Colocación del plástico.

En este proceso se debe tener mucho cuidado con el plástico, ya que se le colocan unos ganchos para ir uniendo el plástico para darle las medidas del invernadero y además se deben ir colocando correctamente (ver Fig. 10), para que no se desprenda en plástico y se nos vea afectado el cultivo.

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Fig. 10. Colocación del plástico. 10.2.4 Colocación de cortina enrollable.

En la colocación de las cortinas se deben colocar con mucho cuidado debido a que se enrollan se debe tener cuidado para que hagan su función (ver Fig.11), ya que con esta cortina se pretende darle circulación de aire al cultivo y también bajarle la temperatura en tiempos de calor con ayuda de los ventiladores.

Fig.11. Colocación de cortina enrollable. 35

10.2.5 Colocación de ducteria y cableado CA.

Es importante colocar la ducteria de CA de tal forma que no interfiera con la del PLC y también con la colocación de sistema de riego para la HR y además que no se mojen para que no de dañen.

10.2.6 Colocación del Plc Siemens S7 1200 CPU 1211C

Es importante colocar el PLC Siemens S7 1200 CPU 1211C (ver anexo 3) en un lugar accesible para que no interfiera con ningún sistema y de tal manera aislarlo para que no sufra ningún daño y llegue a perjudicar al cultivo.

10.2.7 Colocación de ducteria y cableado de sensores.

Es importante colocar la ducteria y cableado de sensores de tal forma que no interfiera con la de CA y también con la colocación de sistema de riego para la HR y además que no se mojen para que no se dañen y también que no afecten con los ventiladores y el calefactor.

10.2.8 Colocación del calefactor.

Es importante colocar los calefactores, ya que con estos se pretende dar la temperatura por la noche o en tiempos de frío al cultivo (ver Fig. 12), evitando que llegue a su temperatura critica.

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Fig.12. Colocación del calefactor.

10.2.9 Colocación de ventiladores.

Con estos ventiladores se pretende mantener la temperatura óptima en el día al cultivo (ver Fig. 13), además con la ayuda de la cortina enrollable, también para que no alcance su temperatura critica y se afecte al cultivo.

Fig. 13. Colocación de ventiladores. 37

10.2.10 Colocación de sensor de humedad relativa (HR) HMZ-433-A1

Se debe colocar el sensor de humedad relativa (HR) (ver anexo 1), para que el cultivo mantenga su HR ideal y la planta pueda desarrollarse favorablemente.

10.2.11 Colocación de sensor de temperatura LM35

Se debe colocar el sensor de temperatura (ver anexo 2) ya que es primordial debido a que este debe mandar encender los ventiladores y el calefactor, cuando lo requiera el cultivo para mantener la temperatura ideal o de lo contrario se afectaría el cultivo a tal grado de llegar a perderlo todo.

10.2.12 Colocación de tinacos.

Se deben colocar los tinacos para el riego y para la HR ya que es parte importante para el invernadero, ya que sin estos no se puede llevar a cabo.

10.2.13 Colocación de bombas para riego.

La colocación de bombas es importante debido a que con este medio se pretende hacer el riego por goteo en cada planta y además se pretende hacer el riego para la HR en el invernadero.

10.2.14 Colocación de tubería para HR.

La colocación del sistema de riego para la HR es muy importante, ya que las plantas no puede vivir sin esta HR.

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10.2.15 Colocación de tubería para riego.

Esta colocación de esta tubería se debe hacer antes de ser plantada la semilla (ver Fig. 14) y es parte importante en el invernadero, ya que con este sistema por goteo se pretende ser más eficiente en el riego.

Fig.14. Colocación de tubería para riego.

10.2.16 Llenado de bolsas con sustrato.

Es importante el llenado de las bolsas con el sustrato para la plantación de la semilla (ver Fig. 15), ya que debido a que este producto es estéril, se debe llenar con guantes para no contaminar el sustrato y por consiguiente la semilla y así podamos tener una mejor siembra.

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Fig.15. Llenado de bolsas con sustrato.

10.2.17 Plantación de jitomate.

Este proceso se hace una vez que se tienen las bolsas preparadas con el sustrato y colocadas en su lugar (ver Fig. 16), después se procede a plantar la semilla

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Fig.16. Plantación de jitomate 10.2.18 Colocación de sistema riego.

Este sistema se coloca una vez colocadas las bolsas con el sustrato y la semilla (ver Fig. 17) ya que no se debe mover en toda la vida de la planta. Ya que cada planta tiene un consumo de 450ml de agua por día.

Fig.17. Colocación de sistema riego.

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10.2.19 Colocación de sistema de HR.

Este sistema también debe ser colocado una vez colocadas las bolsas con sustrato y plantas (ver Fig. 18) ya que es parte importante en la vida de la planta, ya que sin esta humedad puede morir la planta, ya que no podría respirar la planta.

Fig.18. Colocación de sistema de HR. 10.2.20 Colocación de sensor de humedad en planta. HMZ-433-A1

Es importante la colocación de este sensor (ver anexo 1), ya que con este estaremos midiendo la humedad que requiere la planta y así podemos activar el riego cuando lo requiera la planta.

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10.2.21 Diseño del programa de PLC S7 1200 CPU 1211C

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XI. RESULTADOS OBTENIDOS Objetivo

Resultado obtenido

Cultivar jitomate rojo orgánico en

Obtener una cosecha por m2 de 15

invernadero y obtener más con a 18 kg, ya que en un cultivo a cielo menos

recursos

humanos

y abierto se obtiene 4 a 7 kg/m2.

economicos, y así como evitar la siniestralidad en el cultivo, frente a los climas atípicos.

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XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Es una buena experiencia participar en este proyecto, ya que con los conocimientos adquiridos en la Universidad se puede ayudar a mucha gente a producir los alimentos que comemos a diario en nuestra mesa y que muchas veces no sabemos ni de dónde vienen. También no depender de un estado para que produzca todo lo que requiere nuestro país, sino crear con este proyecto que otros estados empiecen a producir lo que requieren. Además ver que es importante invertir más en el campo, porque si no estamos dependiendo de las importaciones que se hagan y de lo que produzcan otros países y con esto los alimentos elevan su costo.

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XIII. ANEXOS. . Anexo 1

Anexo 2

ANEXO 3

XIV. REFERENCIAS.

www.agroasemex.gob.mx

www.automation.siemens.com

www.fira.gob.mx

www.hydroenv.com.mx

www.infoaserca.gob.mx/claridades/revistas.asp

www.siap.gob.mx

www.sagarpa.gob.mx

REVISTA AGROASEMEX TITULO: CULTIVOS DE TOMATE ROJO AUTOR: ING. JOSE DE JESUS ANGULO