Download 3 - Universidad de León

Universidad de León
PRESENTA:
Hugo Iván romo García
José de Jesús Rodríguez Almonaci
Antonio Contreras Soto
Héctor Alonso Vargas Hernández
MATRICULA:
37511
34752
37134
37999
GRUPO:
941
Facultad:
Ing. Mecatrónica e Ing. Civil
TITULO DEL TRABAJO:
“Trabajo de investigación de Tesis”
TRABAJO PARA LA MATERIA DE:
Seminario de Titulación
CATEDRATICO:
Lic. Brenda García
LEÓN, GTO.
10 de agosto de 2012.
2
CAPÍTULO 1
INTODUCCION
Esta tesis es el resultado del trabajo en equipo con la ayuda y colaboración de
personas expertas en la rama, quienes nos lograron aportar conocimientos mas
profundos del tema logrando facilitar un poco la investigación y el proyecto.
El objetivo de esta tesis es ayudar a facilitar la producción en cultivos hortícolas
y a mejorar la eficiencia en estos cultivos, a través del diseño y de la
construcción de un mini invernadero semiautomatizado que muestra la
aplicación de la ingeniería mecatronica y de la hidráulica rama de la ingeniería
civil asi como la colaboración de otras diciplinas como la agrícola.
El prototipo es útil para realizar recursos humanos en cualquier lugar ya que el
proyecto está diseñado para poder cultivar en pequeños lugares hasta
invernaderos grandes, siendo útil hasta para ser instalado en casas, es por eso
que lo nombramos hidroponía casera.
1.1 Problema
Se define como problema el mejoramiento de un sistema que sea mas
eficiente que los que ya son existentes, la capacidad que tendrá nuestro
proyecto es averiguar que tanto se puede mejorar la producción de
cosechas y sobre todo la eficiencia y rapidez con la cual se obtengan los
3
productos, dando la posibilidad de que cualquier persona pueda cultivar sus
propios alimentos.
1.2 justificación
En la actualidad los sistemas hidropónicos son muy sencillos y necesitan
muchos cuidados, con la conjunción de las carreras de ingeniería en
Mecatrónica e ingeniería civil se logrará tener sistemas de cultivos caseros de
gran eficiencia y dotados de tecnología para evitar las molestias del cuidado
constante de los cultivos y de los sistemas.
Lo más destacado de nuestro sistema es la implementación de los
conocimientos de ambas carreras para obtener mejores beneficios, menores
desperdicios y mejorar los espacios ambientales en los que se encuentren
estos sistemas.
Hay que crear una consciencia ecológica en cualquier entorno, por lo que con
estos sistemas se pretende que cualquier persona pueda contribuir con
pequeñas o grandes áreas verdes desde su hogar.
1.3 Objetivos de la investigación
Nuestro objetivo es realizar un sistema automatizado casero que brinde
mejores beneficios que un sistema casero común.
Se planeo llevarse a cabo una estructura sencilla, pero esto no quiere
decir que forzosamente se tiene que utilizar, ya que algunas plantas se dan
fuera del vivero aunque sea cultivo hidropónico.
La horticultura es una actividad muy laboriosa, pero no difícil puesto que
depende de lo que se desea cultivar se tendrán los trabajos de cuidado. Por
ejemplo en caso de que sean hortalizas como las lechuga, rabanos, acelgas,
calabacitas y chayotes, su forma de cultivo va a variar y va a depender del clima
que tengamos, no se puede sembrar calabazas y lechugas en tiempo de frio
puesto que las plantas son muy delicadas y tienden a quemarse rápidamente
por la baja temperatura, estas hortalizas son de climas calidos.
La lechuga puede tener una cierta ventaja sobre las calabacitas, pues si
riegas cada mañana las plantas con agua templada antes de que los primero
4
rayos del sol, la planta llega a resistir muy bien el clima y desarrollarse como
normalmente lo haría en los días calidos; sin embargo debemos tomar medidas
preventivas con las aves que son nuestro mayor problema, ya que cuando la
planta es pequeña y empieza a sacar nuevas hoja la mayoría de las aves llegan
a comer y picotear las hojas, provocando que la planta muera rápidamente,
teniendo como síntomas hojas marchitas, amarillentas y las plantas en
ocaciones llegan a verse como si les faltara agua. Ante esto debemos proteger
con malla o espantapájaros la plantación de lo contrario, perderíamos todas las
plantas y no se lograría su recuperación.
Otro de nuestros objetivos es la manera de dar un mantenimiento
adecuado a nuestros sistemas hidropónicos ya que si no son cuidados y
tratados de manera correcta el tiempo de vida útil será reducido en gran
cantidad y gastaremos un poco mas para tratar de rescatar el sistema
hidropónico.
Para diseñar nuestra estructura tomamos muchas cosas en cuenta, como
introducir a la estructura una forma par recuperar algunos minerales, agua, etc,
esto para tratar de hacer nuestro sistema ahorrador no solo en dinero sino
también en los sustratos y materiales utilizados, pensamos también en
introducir doble sistema de riego, uno por goteo y uno por aspersión para tratar
de regar las plantas desde arriba y el de goteo para hidratarlas desde el tallo.
Los ensores y mecanismos los introducciras dependiendo de la necesidad
que tenga el cultivo que estas realizando, ya que si sabes un poco de esto te
daras cuenta cual es la mejor forma de colocarlos, es recomendable buscar la
manera en que el riego abarque muy bien las plantas para que se aproveche al
máximo el agua.
Tratamos de controlar el ambiente del sistema con una malla sombra, y
con una tela de mosquitero para proteger lo mas posible el cultivo.
Queremos dejar en claro que todo esto funciona si las personas que están
a cargo son apropiadamente responsables ya que el cuidado del sistema será
5
satisfactorio si se da un buen mantenimiento haciéndose notar en la producción
de los cultivos.
1.4 hipótesis y variables
Los sistemas hidropónicos automatizados y controlados climatológicamente
mejoran los procesos de la hidroponía caseros en cuanto a calidad del
cultivo, tiempos de cosecha, reducción de desperdicio y además anulan la
intervención de la mano del hombre para el cuidado del cultivo.
Tenemos variables que pueden mejorar el sistema hidropónico si se
efectúan bien, pero si no se llevan a cabo de una buena manera puede
perjudicar la cosecha. La climatización del espacio donde se trabajara es
una variable muy importante ya que como lo mencione antes, hay plantas
para cada temporada del año, pero con este método de irrigación podemos
cosechar todo el año una planta que se de solo en invierno al igual que una
que brota solo en verano, esto si se controla adecuadamente el clima del
espacio donde se cultiva.
Los nutrientes que se le dan a las plantas se mezclan para poder lograr que
la planta crezca con las mismas vitaminas y minerales que le otorga el
suelo.
La mezcla se hace a base de una medida específica para cada tipo de
plantas y consiste en mezclar adecuadamente los sustratos.
El tiempo que se le dedique a las plantas jugara un factor muy importante ya
que las plantas necesitan un adecuado cuidado y continuo mantenimiento,
así se podrá saber el avance o se notara si se tiene algún problema con el
cultivo.
La variable independiente que nos queda y esa depende del cultivo, es el
tiempo que tardara en brotar, sobre todo que la planta llegue a sobrevivir
hasta obtener el producto deseado.
6
CAPÍTULO 2
CULTIVOS
Al comienzo, cuando empezaban a usar
los cultivos con el método de
sistemas hidropónicos se realizaban únicamente en agua, a la cual para su
debido mantenimiento se le agregaban algunos elementos químicos no tóxicos
como algunos nutrientes que fueran necesarios y adecuados para su correcto
crecimiento.
Muchos de los métodos Hidropónicos en la actualidad se utilizan como un
medio de sostén del cultivo de distintos materiales como por ejemplo: la grava,
la arena, la piedra pómez, aserrines, arcillas expansivas, carbones, cascarilla
de arroz, vermiculita, pelo de coco, etc.; a los cuales aun en la actualidad, se le
siguen añadiendo soluciones nutritivas que contienen todos los elementos
esenciales y necesarios para su crecimiento de forma normal y desarrollo de los
vegetales o lo que sea que se esté cultivando.
En lo que respecta a la utilidad didáctica y recreativa de estas nuevas técnicas
de cultivo, estos se convierten en una herramienta más adecuada para la
exploración de distintas áreas del conocimiento, especialmente del área
Biológica y Química y Agropecuaria.
7
2.1 CULTIVOS HIDROPÓNICO
Se llama hidropónico a productos -frutas o verduras- cultivadas en agua, arcilla
o piedra (hidro = agua).Los cultivos hidropónicos producen frutas y verduras
que cada vez son más habituales ver en los supermercados y también son más
apreciados cada día por los consumidores por sus propiedades alimenticias.
Su valor nutricional, la calidad, es la misma de los que crecen en tierra, la
diferencia es que no tienen contaminantes. Cualquier clima es apto para su
cosecha, y a diferencia de los que se cosechan en tierra, que puede ser dos
veces al año, se pueden cultivar en cuatro ciclos anuales.
Se prevé que en el futuro este tipo de cultivos podrían remplazar a los cultivos
tradicionales sobre tierra.
2.2 ¿En donde se hace?
El lugar que escojamos para hacer el huerto hidropónico es muy importante, ya
que de esto depende el éxito del mismo. Lo importante es que usemos nuestra
8
imaginación para aprovechar cualquier espacio disponible como: patios,
paredes, techos, ventanas, balcones, los cuales pueden medir desde un metro
cuadrado hasta el mayor de los campos de fútbol.
Es necesario que estos lugares cumplan con ciertos requisitos, tales como:
-
Estar bajo la luz del sol por lo menos 6 horas al día.
-
Estar en lugar protegido de niños pequeños o animales domésticos
(gallinas, perros, gatos, conejos o cerdos), que pueden dañar nuestros
cultivos.
-
No estar cerca de desagües, letrinas, basureros, ni ríos de aguas negras,
ya que estos pueden contaminar nuestros cultivos.
-
Estar cerca de una fuente de agua.
-
Estar en un lugar en donde pueden protegerse en caso de lluvias o
vientos fuertes.
2.3 ¿En qué se hace?
Los cultivos hidropónicos no usan la tierra como medio para crecer, por lo que
se deben colocar en recipientes, para que puedan crecer. Se puede usar
cualquier recipiente de plástico o de lata como: palanganas, canastos, vasos,
botellas, cajas de madera o llantas. Para construir nuestros recipientes de
cultivo, debemos seguir estos pasos:
Si el recipiente es de PLÁSTICO vamos a necesitar:
Materiales:
Envase de plástico, Clavos, Martillo
1. Abrir dos hoyos al envase que servirán de drenaje.
2. Ya tenemos nuestro recipiente.
9
2.4 ¿Con que se hace?
Los cultivos hidropónicos crecen en diferentes materiales, los cuales sustituyen
a la tierra. Estos materiales también llamados sustratos, se pueden preparar
con diferentes materiales o mezcla de ellos. Las mezclas de sustratos que
podemos usar son las siguientes:
2.5 MEZCLA DE SUSTRATOS
Una parte de cascarilla de arroz + una parte de piedra pómez molida. Una parte
de cascarilla de arroz + una parte de arena de río. Dos partes de cascarilla de
arroz + una parte de arena de río + una parte de piedra pómez.
2.6 Lavado de materiales
En un balde plástico colocar la cascarilla de arroz cubriéndola con suficiente
agua y remojar durante 10 días. A los 10 días botar el agua sucia y lavar la
cascarilla de arroz con agua limpia, hasta que el agua salga clara. En un balde
plástico lavar la piedra pómez hasta que el agua salga clara.
2.7 ¿Cómo alimentamos a nuestra planta?
Para alimentar nuestras plantas, utilizaremos la SOLUCIÓN DE NUTRIENTES,
para lo cual necesitamos:
Materiales:
-
Un recipiente plástico o de vidrio de 1 ½ o 2 litro
-
1 jeringa sin aguja
10
-
Solución A (Así lo encontramos en las tiendas de nutrientes de
hidroponía).
- Solución B (Así lo encontramos en las tiendas de nutrientes de hidroponía).
-
Medir un litro de agua en el recipiente plástico o de vidrio.
- Con una jeringa plástica sin aguja medir 5cc (ml) de la solución A, echarla
en el litro de agua y moverla hasta que quede bien mezclada. Lavar bien la
jeringa.
- Con la jeringa limpia medir 2 cc (ml) de la solución B y echarla al litro de
agua que ya tiene la solución A, revolviéndola bien y fin.
Ventajas del cultivo hidropónico
-
Balance ideal de aire, agua y nutrientes.
-
Humedad uniforme.
-
Excelente drenaje.
-
Permite una mayor densidad de población.
-
Se puede corregir fácil y rápidamente la deficiencia o el exceso de un
nutrimento.
11
-
Perfecto control del pH.
-
No depende tanto de los fenómenos meteorológicos.
-
Más altos rendimientos por unidad de superficie.
-
Mayor calidad del producto.
-
Mayor precocidad en los cultivos.
- Posibilidad de cultivar repetidamente la misma especie de planta.
Desventajas del cultivo Hidropónico
Realmente la Hidroponía es un sistema el cual no tiene una gran cantidad de
desventajas y en punto se especifican solo las más comunes.
-
Requiere para su manejo a escala comercial de conocimiento técnico
combinado con la comprensión de los principios de filosofía vegetal y de
química orgánica.
-
En el ámbito comercial el gasto inicial es relativamente alto.
-
Se requiere cuidado con los detalles.
-
Se necesita conocer y manejar la especie que se cultive en el sistema.
-
Requiere de un abastecimiento continuo de agua.
2.8 Características del suelo ideal
El mejor medio de cultivo depende de nuestros factores, como tipo de material
vegetal con el que trabajas (semillas, plantas, estacas, etc.), Especie vegetal,
aspectos económicos, etc. Para obtener buenos resultados durante la
germinación, el enraizamiento y el crecimiento de las plantas, se requieren las
siguientes características del medio de cultivo:
12
Propiedades físicas:
-
-
Elevada capacidad de retención de agua fácilmente disponible.
Suficiente suministro de aire.
Distribución del tamaño de las partículas para mantener las condiciones
anteriores.
Baja densidad aparente.
Elevada porosidad.
Estructura estable, que impida la contracción(o hinchazón del medio).
Propiedades químicas.
Baja o apreciable capacidad de intercambio catiónico, que depende de
que la fertirrigacion se aplique permanentemente o de modo intermitente,
respectivamente.
Suficiente nivel de nutrientes asimilables.
Baja salinidad.
Elevada capacidad tampón y capacidad para mantener constante el PH.
Mínima velocidad de descomposición.
2.9 Aspectos a cuidar
Trasplante:
Una vez que emergen las plántulas, es necesario colocarlas en donde vayan a
seguir creciendo. Hay que tener en cuenta en qué momento salen las primeras
hojas, por ejemplo, si vamos a trasplantar a las lechugas cuando tengan 5 hojas
verdaderas, saber cuáles hay que contar y cuáles no.
Nutrición:
Hay que empezar a alimentar a las plantas en cuanto emergen. Desde que sale
la plántula es conveniente empezar a ponerle algunos minerales para que
empiece a nutrirse y desarrollarse bien. Hay fertilizantes especiales para
desarrollo inicial de plántula. Cuando son muy pequeñas las plantas, solo hacen
falta unas gotitas del fertilizante para que se empiecen a desarrollar.
13
Cantidad correcta de luz:
Siempre que una planta se alarga cuando recién emerge, es que está buscando
luz. Eso significa que la luz que se le está proporcionando es insuficiente. La
misma planta va diciendo cuánta luz necesita. Lo que se tiene que hacer
entonces, es buscar un lugar donde haya más luz, pero siempre será necesario
dosificarla; en fin, hay muchas soluciones para controlar la cantidad de luz.
Tiene que circular el aire:
Esto por lo general no es un problema a menos que estén en un recipiente que
esté totalmente tapado, entonces hay que airearlo constantemente, para
mantener una buena calidad del aire y evitar enfermedades fungosas.
2.10 Variables ambientales de los invernaderos
Temperatura:
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente,
tibio, frío en diferentes lugares o zonas determinadas que puede ser medida,
específicamente, con un termómetro. En los invernaderos es fundamental ya
que de la temperatura depende el correcto crecimiento y desarrollo de las
funciones biológicas de las plantas.
Este es el parámetro más importante a tomar en cuenta en el manejo del
ambiente dentro de un invernadero, ya que es el que más influye en el
crecimiento y desarrollo de las plantas. Normalmente la temperatura optima
para las plantas se encuentra entre los 10 y 20° C. considerando que las
plantas tienen un intervalo de temperatura para un optimo crecimiento, se tiene
que los extremos propician una reducción de la taza de desarrollo e inclusive
14
puede llegar a representar la muerte de las plantas ya sea por congelamiento
(estrés) o deshidratación en el caso de las altas temperaturas.
Si la temperatura se mantiene dentro de los intervalos recomendados esta por
demás garantizado que la cosecha tendrá grandes posibilidades de ser
abundante.
Para el manejo de la temperatura es necesario conocer las necesidades y
limitaciones de la especie cultivada. Así mismo se deben aclarar los siguientes
conceptos de temperaturas, que indican los valores objetivos a tener en cuenta
para el buen funcionamiento del cultivo y sus limitaciones:
 Temperatura mínima letal. Aquella por debajo de la cual se producen
daños en la planta.
 Temperaturas máximas y mínimas biológicas. Indican valores, por
encima o por debajo respectivamente del cual, no es posible que la
planta alcance una determinada fase vegetativa, como floración,
fructificación, etc.
 Temperaturas nocturnas y diurnas. Indican los valores aconsejados para
un correcto desarrollo de la planta.
Riego:
Consiste en suministrar agua y sales minerales o nutrientes a las raíces de las
plantas que se encuentran inmersas en el sustrato inerte.
 Aspersión. La solución se aplica como una brisa que cae en la superficie
del sustrato en pequeñas gotas.
 Por goteo. La solución gotea en el sustrato en la base de cada planta a
una frecuencia y periodo dados.
 Por subirrigacion. La solución inunda al sustrato de abajo hacia arriba
hasta un nivel aproximado de ¾ partes del sustrato y posteriormente se
drena la solución dejándolo humedecido. Este tipo de riego es el que se
recomienda debido a que es rápido, sencillo, efectivo, se lleva a cabo
dos veces a la día procurando que la inundación solo permanezca de 30 a
60 minutos.
15
Si se deja por un menor tiempo el sustrato no retendrá la suficiente cantidad
de sales minerales y agua, y si el lapso de tiempo es mayor se corre el
riesgo de que las raíces se pudran o se generen hongos.
Con el drenado de la solución se recupera el agua sobrante y se da fe de
una de las ventajas de la hidroponía. Con esta técnica el agua que se pierde
es producto de la evaporación por la transpiración de las plantas y un poco
por el sustrato. Se calcula que cada planta transpira 0.25 litros por día.
Humedad relativa:
1.-Es la cantidad de agua en porcentaje respecto a un valor de 100% de
saturación de vapor de agua en el aire.2.-La humedad relativa es la masa de
agua en unidad de volumen, o en unidad de masa aire.
Los casos extremos de humedad pueden propiciar un desequilibrio en las
plantas por ejemplo: la baja humedad trae consigo la posibilidad de que la
planta se deshidrate por exceso de transpiración, mientras que la humedad,
aunque no es totalmente perjudicial para la planta puede echarla a perder y
facilitar la reproducción de hongos, si permanece por varias horas.
Estas condiciones favorecen las actividades de trasplante.
Cada especie tiene una humedad ambiental idónea para vegetar en
perfectas condiciones: al tomate, al pimiento y berenjena les gusta un HR
sobre el 50-60%; al melón, entre el 60-70%; al pepino entre el 70-90%. La
HR del aire es un factor climático que se modificar el rendimiento final de los
cultivos.
Luz:
16
Es una gama de ondas electromagnéticas que se encuentran dentro del
espectro electromagnético visible.
Los periodos de la luz son muy importantes para el proceso de la
fotosíntesis, ya que de ella depende la transformación de sustancias
inorgánicas (solución nutritiva) a orgánicas para la formación de toda la
planta.
A mayor luminosidad en el interior de invernadero se debe aumentar la
temperatura, la humedad relativa (HR) y el CO2, para que la fotosíntesis sea
máxima; por el contrario, si hay poca luz pueden descender las necesidades
de otros factores. Para mejorar la luminosidad natural se usan los siguientes
medios:





Materiales de cubierta con buena transparencia.
Orientación adecuada del invernadero.
Materiales que reduzcan el mínimo las sombras interiores.
Aumento del ángulo de incidencia de las radiaciones sobre las
cubiertas.
Acolchados del suelo con plástico blanco.
En verano para reducir la luminosidad que se emplean:
 Blanqueo de cubiertas
 Mallas de sombreo
 Acolchonados de platico negro
Es interesante destacar el uso del blanqueo ya que esta labor esta en
función del desarrollo del cultivo y de las temperaturas, y tiene efectos
contradictorios que hay que conocer para hacer un correcto uso.
17
CAPÍTULO 3
3.1. Alcance de estudio y tipo de diseño utilizado.
En este estudio de campo se tiene como alcance las casas de la calle
chopo en jardines de Jerez y el método fue la entrevista y la comparación de los
sistemas hidropónicos encontrados con el nuestro automatizado.
3.2. Población de estudio.
Se estudiaron las casa-habitación de las personas que viven en la calle
Chopo en la colonia jardines de jerez.
3.3. Instrumentos y/o técnicas aplicadas (descripción precisa).
Se entrevistó a las personas si tenían un sistema hidropónico en sus
casas, para ello llevamos información detallada de que es la hidroponía para no
dejar dudas en los participantes de la encuesta. En caso de ser la respuesta un
no se continuaba preguntando si la respuesta es sí, se les preguntaba si nos
permitían entrar a ver su sistema para comprobar la veracidad. Al recibir la
respuesta afirmativa se empezó a comparar el desarrollo del sistema con el
nuestro automatizado.
18
3.4. Procedimiento
Al sólo haber un sistema hidropónico en la calle chopo fue fácil llevar a
cabo la comparación de crecimiento y desarrollo de las plantas. El
procedimiento fue meramente comparativo, se tomaron medidas cada semana
para determinar los porcentajes de crecimiento en cada sistema y se ingresaron
en una gráfica para comparar miembro a miembro cómo iban evolucionando las
plantas en los sistemas, en la gráfica de comparación de crecimiento se
muestran las diferencias entre cuál sistema fue más eficaz, siendo la planta dos
la que tuviera mayor éxito en el crecimiento, y se anticipó al crecimiento y
alcanzar la altura máxima por lo que llegamos a la conclusión que los sistemas
hidropónicos automatizados llegan más rápido a su máximo crecimiento por lo
que si se hace el proceso varias veces se obtendrán más rápido los productos y
así se tendrán más ganancias por decir en un invernadero más grande y más
especializado.
19
BIBLIOGRAFÍA
-
Libro: Manual de cultivos hidropónicos
Publicado INCAP, abril de 1997
Autor Ing. Francisco Castañeda
-
LIBRO:HIDROPONIA
Autor: José Luis Barbado
Volumen: 1
N° de Páginas: 192
Año: 2005
Idioma: Español
-
HIDROPONIA Cultivos sin Tierra
Autor: Laura Alpízar Antillón
Editorial:
De
Costa
No. Paginas: 108
-
HUERTA CASERA Manual de Hidroponía popular
Rica
2004
20
Autor:
Romano
González
1° Edición
Editorial: Universidad De San Jose 2003.
-
AUTOMATIZACION Y TELECONTROL DE SISTEMAS DE RIEGO
Autor: Antonio Ruiz Canales, José Miguel Molina
Editor: Marcombo 2010
No. Paginas: 426
Arce