Diseño de prototipo de invernadero autónomo para cultivo de jitomate con control ambiental inalámbrico

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Unidad Profesional “Adolfo López Mateos”
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
“DISEÑO DE UN PROTOTIPO DE INVERNADERO DE JITOMATE TIPO
BOLA, CONTROLADO POR COMUNICACIÓN INALÁMBRICA.”
PARA OBTENER EL TITTULO DE:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTAN:
Bravo Díaz Noé
Huerta Espinoza Luis Modesto
Silva Barranco Josué
ASESOR:
Ingeniero Fernando Cruz Martínez
México D.F. Octubre 2014.

INDICE
AGRADECIMIENTOS…………………………………………………………………………………………………………. I
OBJETIVO………………………………………………………………………………………………………………………… II
JUSTIFICACION……………………………………………………………………………………………………………….. III
INTRODUCCIÓN………………………………………………………..………………………………………..…………... IV
CAPITULO 1
CONCEPTOS GENERALES
1.1.- Historia del invernadero...………………………………………………………………………………….…….. 2
1.2.- Definición de invernadero…….………………………..………………………………………………………… 3
1.3.- Tipos de Invernaderos……………..……………………………………………………………………………..… 4
1.3.1.- Invernadero tipo túnel…….………………………………………………………………………... 5
1.3.2.- Invernadero Capilla…………………………………………………………………………………… 6
1.3.3.- Invernadero en diente de sierra…….………………………………………………………..… 7
1.3.4.- Invernadero con techumbre curva…….……………………………………………………… 9
1.3.5.- Invernadero tipo Parral………….……………….…………………………………….………… 10
1.3.6.- Invernadero tipo Venlo……………………………………………………………………………. 11
1.4.- Selección del Invernadero para prototipo………………………………………………………………. 12
1.4.1.- Condiciones que debe reunir invernadero………………………………………………. 12
1.5.- Jitomate.……………………………………………………………………………………………………………….… 14
1.5.1- Elección de Jitomate…………….……………………………………………………….…………. 14
1.5.2.- Especificaciones del Jitomate………………………………………………………………….. 15
1.5.2.- Jitomate tipo Saladette…………………………………………………………………………... 16
1.5.3.- Jitomate tipo Bola….…………………………………………………………………................ 17
1.6.- Condiciones determinantes para un buen desarrollo en la planta de jitomate……….. 19
1.6.1.- Parámetros indispensables para el control en el prototipo……………………… 19

CAPITULO 2
ESPECIFICACIONES DEL CULTIVO
2.1.- Siembra…………………………………………………………………………………………….…………………….… 22
2.2.- Germinación………………………………………………………………………………………......................... 23
2.2.1.- Desarrollo de raíces………………………………………………………………………………... 24
2.2.2.- Desarrollo de cotiledones……………………………………………………………………..… 25
2.3.- Trasplante…………………………………..…………………………………………………………………………….. 26
2.4.- Definición de Hidroponía……………………………………………………………………………………………. 26
2.4.1- Técnicas Hidropónicas……………………………………………………………………………… 27
2.4.2.- Sustratos……………………………………………………………………………………………….… 28
2.4.3.- Raíz Flotante………………………………………………………………………………………….… 29
2.4.4.- Técnica de Película Nutritiva (NFT)…………………………………………………………. 29
2.4.5.- Aeropónia…………………………………………………………………………………………….… 30
2.5.- Elección del Sistema Hidropónico…………………………………………………………………………… 31
2.6.- Temperatura y Humedad……………………………….………………………………………………………. 33
2.6.1.- Temperatura…………………………………………………………………………………………… 33
2.6.2.- Humedad Relativa…………………………………………………………………………………… 35
2.6.3- Relación Luz-Planta………………………………………………………………………………..… 36
2.6.3.1.- Como usa la luz solar la planta de jitomate………………………………. 39
2.6.4.- Malla sombra………………………………………………………………………………………….. 44
CAPITULO 3
DISEÑO DE LOS CIRCUITOS DE LOS SISTEMAS DE CONTROL
3.1.- Convertidor Analógico/Digital (ADC)………………………………………………………………………. 48
3.1.1.- Muestreo………………………………………………………………………………………………… 49

3.1.2.- Cuantificación……………………………………………………………………………………….… 50
3.1.3.- Codificación……………………………………………………………………………………….……. 52
3.2.- Modulación Digital……………..………………………………………………………………………………….. 53
3.2.1.- ASK (Modulación por desplazamiento de Amplitud)…………………………..…… 55
3.3.- El MSP430 de Texas Instruments y sensores…………………………………….…………………….. 59
3.3.1.- Comparación y elección de los dispositivos electronicos………………..………. 62
3.4.- Diodos……………………………………………………………………………………………………………………. 64
3.5.- Transistores……………………………………………………………………………………………………………. 67
3.6.- Optoacopladores……………………………………………………………………………………………………. 71
3.7.- Diseño de Sistema de Riego en la etapa de Germinación………………………………………… 73
3.7.1.-Etapa Sensorial………………………………………………………………………………………... 74
3.7.2.- Etapa de Control……………………………………………………………………………………... 76
3.7.3.-Diagrama de flujo…………………………………………………………………………………….. 78
3.7.4.-Circuito Eléctrico……………………………………………………………………………………… 80
3.8.- Diseño del Circuito Eléctrico Sistema NFT…………………………………………………………….… 81
3.8.1.- Circuito Eléctrico……………………………………………………………………………………… 89
3.8.2.- Diagrama de Flujo…………………………………………………………………………………… 90
3.9.- Diseño Circuito Eléctrico Sistema de Malla……………………………………………………………… 91
3.9.1.- Circuito Eléctrico………………………………………………………………………………………95
3.9.2.- Diagrama de Flujo…………………………………………………………………………………... 96
3.10.- Diseño de Circuito de Control de Temperatura y Humedad……………………..…………… 97
3.10.1.- Diseño de Sensores……………………………………………………………………………….. 97
3.10.2.- Diagrama de flujo de Control de Temperatura y Humedad………………….…99

3.10.3.- Circuito de Control de Temperatura y Humedad……………………………..……100
3.10.4.- Transmisor y Receptor………………………………………………………………………… 101
3.10.5.- Diseño de Circuito de Actuadores……………………………………………………….. 102
3.10.6.- Circuito de Actuadores……………………………………………………………………….. 106
CAPITULO 4
PRUEBAS Y RESULTADOS
4.1.- Germinación…………………………………………………………………………………………………………. 109
4.2.- Riego…………………………………………………………………………………………………………………….. 117
4.3.- Temperatura y Humedad……………………………………………………………………………………... 122
CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………………………………………... 125
ANEXO………………………………………………………………………………………………………………………………......… 128
GLOSARIO…………………………………………………………………………………………………………………………………. 151
BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………………….………………………………………… 154

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL I
AGRADECIMIENTOS
Para lograr algún objetivo que valga la pena, se debe tener esfuerzo y dedicación, pero
influye en gran medida el entorno que nos rodea para concretar dicho objetivo por lo cual
agradezco a las personas que han estado a mi lado para ver este logro.
Por todas tus enseñanzas y educación, soy gran parte de lo que ahora me caracteriza.
Por su paciencia, dedicación, apoyo y compresión.
Gracias; Jesús Silva, Reyna Barranco, Yaraí y Alí Silva, Lupita Monroy y a toda mi familia.
Josué Silva Barranco.
En gran parte quiero agradecer a mis padres y hermanos por todo el apoyo que me han
prestado durante y fuera de mi periodo escolar, sin ellos hubiera sido más complicado verme
ahora cerrando este ciclo, también quiero agradecer a mis profesores que intervinieron en mi
enseñanza y mi formación tanto profesional como personal.
Noé Bravo Díaz.
Con todo mi cariño y esfuerzo para las personas que han guiado y mostrado muchas cosas
maravillosas en la vida para que yo avanzara en mi propio camino, por su paciencia y apoyó en las
situaciones más adversas, a ustedes que siempre llevo en mi corazón, mi eterno agradecimiento y
mi compromiso en nos depare la vida. Para y por mis Padres y Hermanos.
Luis M. Huerta Espinoza

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL II
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Diseñar e implementar el prototipo de un invernadero autónomo controlando sus
condiciones ambientales tales como temperatura, humedad y riego por medio de un
microcontrolador.
OBJETIVO PARTICULAR:
Así mismo estará operando en etapas independientes como es el sistema de germinación
y el sistema de riego por medio de la técnica (NFT) técnica de capa nutritiva.
Transmitir los datos vía inalámbrica, para evitar el deterioro de cables por las condiciones
dentro del invernadero.
Lograr y proveer un mayor desempeño y limpieza del cultivo por el uso del sistema
hidropónico para el riego.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL III
JUSTIFICACIÓN
Los cambios climatológicos actuales son extremos, por lo que se requiere desarrollar
“agricultura protegida”. La idea de desarrollar un prototipo de un invernadero donde exista la
menor interacción posible con el agricultor y cuya función principal ahora será la de monitorear el
funcionamiento correcto de los sistemas que optimizaran la producción del jitomate además de
entregar un producto libre de agentes químicos. Esto surge por la falta de producto de calidad en
la mayoría del campo mexicano, tomando en cuenta la cantidad de gente que tiene que consumir
productos de hortaliza y que cada vez se buscan alimentos más sanos y limpios, por lo que se
propone un sistema de riego que no incluye tierra en todo el desarrollo de la planta, por lo que se
descartan algunas bacterias que puedan existir en dicho sustrato. Con el sistema de riego NFT, por
sus siglas en inglés Nutrient Film Technique, se obtiene una mayor producción y como se
menciona anteriormente cumple la expectativa de un producto más sano y limpio. Al desarrollar el
prototipo propuesto se dará un respiro al campo mexicano, ya que se considera que se obtendrán
productos de mayor calidad en el desarrollo del jitomate, lo que conlleva a tener mayor cantidad
en dicha producción, ya que las plantas serán tratadas en todos sus etapas de crecimiento, desde
la germinación.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL IV
INTRODUCCIÓN
La problemática actual derivada de los cambios climatológicos y el uso desmedido de
fertilizantes en el cultivo, han generado productos agrícolas de mayor volumen pero de menor
calidad, ocasionando que aumente considerablemente el consumo indirecto de sustancia químicas
Por eso la importancia de buscar una alternativa en la producción agrícola para satisfacer a
la gran demanda de productos naturales, y eso es lo que buscamos con este sistema que sea un
producto libre de pesticidas y demás químicos, con lo cual se logre tener un producto de la más
alta calidad.
La presente tesis consta de 5 capítulos, en el capítulo 1 se expone una breve definición de
algunos aspectos relacionados con un invernadero, su historia, tipos más usados en invernaderos,
selección de la estructura, así mismo se dará una explicación de los diferentes tipos de planta de
jitomate, descripción de sus características, además de justificar los motivos para la elección del
jitomate tipo bola para el desarrollo de nuestro prototipo.
En el capítulo 2 se desarrolla todo lo relacionado con las etapas a controlar; Germinación
del jitomate tipo bola, Sistema de Riego con la técnica NFT, se aclara la definición de Hidroponía y
porque se elige dicha técnica para el desarrollo del cultivo, también se describe las necesidades
para el desarrollo de la planta como la luz solar, se puntualiza lo relacionado a la Temperatura y
Humedad, las cuales son condiciones primordiales para el desarrollo de la planta, se hace mención
al concepto de modulación, tipos y la elección de modulación para la comunicación inalámbrica en
la cual enlazamos los actuadores encargados de modificar las condiciones de acuerdo a los
requerimientos del jitomate dentro del prototipo del invernadero.
El capítulo 3 se explica a detalle la etapa sensorial en los diferentes circuitos empleados
además se describe las etapas del programa que realiza las tareas de riego con el MSP430, el
circuito de control para esta etapa es idóneo para el desarrollo de la planta hasta su etapa de
trasplante, se describe a detalle el programa que realiza el Microcontrolador MSP430 para el
control de riego, así como el sistema de control de sombra según las necesidades de la planta. Y
por último se describe el proceso para que el Microcontrolador MSP interprete las lecturas
obtenidas de los sensores de temperatura y humedad y posteriormente se active o interrumpa
algún actuador de acuerdo a las condiciones programadas con anterioridad. Siendo este parte del
sistema la innovación propuesta además de ser vital para el desarrollo del cultivo de jitomate.
Después en el capítulo 4 Se presentan los resultados de las pruebas a las que fueron
sometidos todos los circuitos impresos para verificar su correcto funcionamiento, se hacen
algunas observaciones que se percibieron durante dichas pruebas y finalmente se concluye con
respecto a los objetivos propuestos al realizar esta tesis y con los resultados finales obtenidos.

2
CAPITULO I “CONCEPTOS GENERALES”
1.1 -Historia del invernadero.
Los primeros intentos conocidos en donde se brindaba protección a un conjunto
de hortalizas son dados a conocer por el historiador Columella*
el cual explica que se inició
en el imperio romano, en específico durante el periodo correspondiente al emperador
Tiberio Cesar, ya que se empleaban estructuras móviles para el cultivo de pepino, se
sacaban al exterior si las condiciones climáticas lo permitían o se mantenían cubiertas
para protegerlas de las inclemencias climáticas. Esta técnica de cultivo desapareció con la
caída del imperio romano y no fue hasta después de la época del Renacimiento (S. XVI – S.
XVIII) donde se volvió a retomar está técnica de cultivo, en donde figuran naciones como
Inglaterra, Holanda, Francia, China y Japón. La técnica artificial que él utilizó entonces
sigue siendo similar al invernadero que es utilizado actualmente, a excepción de la
tecnología agregada. 1
*Lucius Junius Moderatus Columela (Gades, Bética, 4 d. C. – Tarento, ca. 70 d. C.) fue
un escritor agronómico romano. Puso en práctica sus conocimientos de agricultura en sus
propiedades de Ardea, Carseoli y Alba. De su obra escrita nos ha llegado De re rustica (Los trabajos
del campo), escrito hacia el año 422 y De arboribus (Libro de los árboles).
Fig. 1.1. – Foto de uno de los primeros diseños de invernadero,
Jardín Botánico de Brúcelas.

3
Los primeros invernaderos de horticultura para el cultivo de uvas, se construyeron
cerca de 1850, para comenzar con la historia moderna de los invernaderos actuales como
el que se muestra en la figura 1.1.
Se dieron cuenta que al cultivar las uvas dentro de un invernadero calefaccionado y
hecho con alta calidad de cristales, las plantas crecían rápidamente y aumentaban su
rendimiento, y que al darles más luz y el ambiente cálido era permanente, entonces su
producción mejoraba eficazmente.
Eso significaba que se podían cultivar tipos de plantas que eran de climas cálidos
en países de climas fríos. Los primeros invernaderos en España se construyeron el año
1957, en sus comienzos se enarenaban los terrenos donde habían cultivos para romper
con la capilaridad del suelo tratando de que la evaporación del agua se redujera. De esa
forma se vio que la temperatura se mantenía más tiempo, porque las sales se
encontraban más diluidas y por lo tanto no se depositaban en la superficie. Al notar los
resultados positivos logrados con ese sistema que se le hacían a los cultivos al aire libre, se
fue extendiendo esa práctica ampliándose y extendiéndose por todo el resto de los
sembrados de esa zona. Los factores que hicieron posible el uso de estos lugares de
cultivos cálidos para comenzar a pensar en la historia del invernadero, fueron los climas
diferentes en cada provincia.2
1.2.- Definición de Invernadero.
Es una construcción especial, generalmente de hierro cubierta de vidrios o
cubierta plástica lo cual eleva la temperatura interna del invernadero para mantener un
calor constante y por medio de la concentración de calor dentro del mismo proteger del
frío como lo mostrado en la figura 1.2. Esto permite que gran variedad de plantas puedan
desarrollarse de mejor manera.

4
Más aún, cuando se trata de algunas, que con las bajas temperaturas del invierno,
se marchitan o sufren de sobremanera. Es por lo mismo, que un invernadero, es una
herramienta efectiva, para poder cultivar plantas, independiente la época del año, en que
se está viviendo.3
1.3.- Tipos de Invernaderos.
Las características y formas del invernadero estarán dispuestas por las condiciones
climáticas: temperatura, luz solar, lluvia y aire y orografía, conforme a lo mencionado se
Fig. 1.3.- Orientación de Invernaderos.
Fig. 1.2.- Modelo actual de invernadero, vista exterior e interior.

5
establece la orientación de la estructura, como se muestra en la figura 1.3. La clasificación
de los invernaderos se realiza por el material con el que se construyen y por la forma que
tienen en su estructura, a continuación se describen los más utilizados en la agricultura.2, 3
 Invernadero-túnel.
 Invernadero capilla (a dos aguas).
 Invernaderos en diente de sierra.
 Invernadero con techumbre curva.
 Invernadero tipo “parral” o “almeriense”.
 Invernadero “holandés” (tipo Venlo).
1.3.1 Invernadero-túnel.
Es un modelo con una estructura sencilla pero a su vez resistente. Está diseñado
para clientes que necesitan una estructura de invernadero económica en una superficie
pequeña donde no tendría cabida otro tipo de estructura y su diseño se muestra en la
figura 1.4 además de tener con las especificaciones de construcción mostradas en la Tabla
1.1.
Fig. 1.4.- Diseño básico de Invernadero tipo túnel.

6
1.3.2 Invernadero capilla (a dos aguas).
Se trata de una de las estructuras más antiguas, empleadas en el forzado. La
pendiente del techo es variable según la radiación y pluviometría (variando normalmente
entre 15° y 35°).
Ancho (m) Altura del cenit (m) Altura total (m)
3 – 5 1.5 -----------
6 2.5 1.3
8 3.2 1.7
9 3.3 1.7
Ventajas Desventajas
Alta resistencia a los vientos y de fácil
instalación.
Tiene un alto grado de paso de luz solar.
Apto tanto para materiales de cobertura
flexible como rígidos.
Relativamente pequeño volumen de aire retenido
(escasa inercia térmica) pudiendo ocurrir el fenómeno
de inversión térmica.
Solamente recomendado para cultivos de bajo a
mediano porte. (Hortaliza)
Tabla 1.1.- Proporción de medidas de invernadero tipo túnel.
Tabla 1.2.- Principales Ventajas y desventajas a considerar para
invernadero tipo túnel.

7
La ventilación de estos invernaderos en unidades sueltas, no ofrece dificultades;
solo se hace difícil cuando varios de estos invernaderos se agrupan formando baterías, a
continuación en la figura 1.5 se muestra su diseño.
1.3.3 Invernaderos en dientes de sierra.
Una variación de los invernaderos tipo capilla, que se comenzó a utilizar en zonas
con muy baja precipitación y altos niveles de radiación, fueron los invernaderos a una
Construcción de media a baja
complejidad.
Utiliza materiales de bajo costo
dependiendo de la zona
(postes de madera pinos,
eucaliptos).
Apto tanto para materiales de
cobertura flexible como
rígidos.
Problema de ventilación con invernaderos en
batería.
Misma altura cenital, tiene menor volumen
encerrado que invernaderos curvos.
Mayores números de elementos que disminuyen la
transmisión de luz solar.
Elementos de soportes internos que dificultan los
desplazamientos y el emplazamiento de cultivos.
Fig. 1.5.- Diseño básico de Invernadero tipo capilla.
invernadero tipo capilla.

8
vertiente. Estos invernaderos, contaban con una estructura superior única inclinada en
ángulos que variaban entre 5° y 15° (orientados en sentido este-oeste y con presentación
del techo hacia la posición del sol - norte para el hemisferio sur-), mostrado en la figura
1.6.
El acoplamiento lateral de este tipo de invernaderos da origen a los conocidos
“dientes de sierra”. La necesidad de evacuar el agua de precipitación, determinó una
inclinación en las zonas de recogida desde la mitad hacia ambos extremos.
Ventajas. Desventajas.
Estructuras con pocos obstáculos en su estructura.
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.
Elevado coste.
No aprovecha el agua
de lluvia
Fig. 1.6.- Diseño básico de Invernadero tipo diente de sierra.
invernadero tipo diente de sierra.

9
1.3.4 Invernaderos con techumbre curva.
Este tipo de invernaderos, tienen su origen en los invernaderos-túneles. Dentro de
este tipo de invernaderos, pueden encontrarse diferentes alternativas según la forma que
adopta el techo (circulares, semi-elípticos o de medio punto, ojivales, etc.) ilustrado en la
figura 1.7.
Construcción poco
compleja.
Excelente ventilación.
Empleo de materiales de
bajo costo.
Sombreo resulta mayor que en capilla debido al
número de elementos.
Fig. 1.7.- Diseño básico de Invernadero tipo techumbre curva.
invernadero tipo techumbre curva.

10
1.3.5 Invernadero tipo parral (almeriense).
Son invernaderos originados en la provincia de Almería (España), de palos y
alambres, denominados “parral” por ser una versión modificada de las estructuras o
tendidos de alambre empleados en los parrales para uva de mesa, en la figura 1.8 se
muestra su diseño. En la techumbre sólo se utiliza un doble entramado de alambre, por
entre el cual se coloca la lámina de polietileno, sino otra sujeción.
Es económica su construcción.
Gran adaptabilidad para la geometría
del terreno.
Mayor resistencia al viento.
Aprovecha el agua de lluvia en
periodos secos.
Presenta uniformidad luminosa.
Poca existencia de aire.
Mala ventilación.
La instalación de ventanas cenitales
resulta difícil.
Envejece rápido la estructura
Difícil mecanización para las labores
de cultivo.
Fig. 1.8.- Diseño básico de Invernadero tipo parral.
invernadero tipo parral.

11
1.3.6 Invernadero tipo Venlo (holandés).
Son invernaderos de vidrio, los paneles descansan sobre los canales de recogida
del agua pluvial. La anchura de cada módulo es de 3,2 m y la separación entre postes en el
sentido longitudinal es de 3 m, como se muestra en la figura 1.9.
Estos invernaderos carecen de ventanas laterales (puede ser debido a que en
Holanda no existen demasiadas exigencias en cuanto a ventilación).
Buena estanqueidad lo que facilita
una mejor climatización de los
invernaderos.
La abundancia de elementos
estructurales implica una menor
transmisión de luz.
Su elevado coste.
Naves muy pequeñas debido a la
complejidad de su estructura
Fig. 1.9.- Diseño básico de Invernadero tipo Venlo.
invernadero tipo Venlo.

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1.4.- Selección del Invernadero para prototipo.
Para la elección y construcción de un invernadero, se deben de tener en cuenta los
siguientes aspectos:
a) La Orientación.- La orientación geográfica que se debe de dar a un invernadero es
variable, según los cultivos a que se dedique y la época en que se realicen. La luz y
el viento son los factores determinantes de la orientación que hay que dar al
invernadero. El viento puede ser dominado con el refuerzo del anclaje del
invernadero y con la colocación de cortavientos.
b) La Luminosidad.- Es de los factores más importantes a tener en cuenta. En
invierno, desde septiempre a marzo, en nuestras latitudes. La orientación Este-
Oeste es aquélla en la que el invernadero recibe más cantidad de luz durante el
día; apartir de marzo y hasta septiembre, a medida que pasan los días y el sol toma
altura en el horizonte, en esa orientación las cubiertas y paredes del Norte reciben
luz solar durante varias horas de la mañana y tarde; parte de esa luz es refleja al
exterior.
En los invernaderos de cubierta plástica donde se realicen cultivos de hortalizas en
primavera o en otoño, conviene la orientación Sureste-Nordeste. En cultivos de plantas
ornamentales y algunas especies florales que se hagan en invernadero de cristal,
policarbonato o poliéster y que estén provistos de calefacción, es más interesante la
orintación Norte-Sur.
1.4.1 Condiciones que debe reunir un Invernadero.
El invernadero es una instalación que debe cumplir determinadas condiciones sin
las cuales no puede realizar las funciones para las que se construye y puede resultar poco
rentables los cultivos que en él se hagan.

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Las condiciones más importantes, son las siguientes: diafanidad, calentamiento
rápido, efecto invernadero, ventilación fácil, estanqueidad al agua de lluvia, resistencia a
los agentes atmosféricos, economía y mecanización fácil, a continuación se describen
estas condiciones.
Diafanidad.- La luz es fuente de energía, tanto para que la planta realice sus funciones
vitales (fotosíntesis, respiración, crecimiento, reproducción, etc.), como para su
transformación en calor; los materiales que se utilizan como cubierta de invernadero
deben tener una gran transparencia a las radiaciones luminosas.
Calentamiento rápido.- El calor absorbido por los materiales del interior del
invernadero(suelo, plantas, etc.) a su vez, es emitido en forma de radiación de longitud de
onda larga, que al llegar a la parte interior de la cubierta, una parte de esta radiación sale
al exterior y otra parte se emite hacía el interior, calentado la atmósfera del invernadero.
El material de cubierta no debe dejar que se escape el calor acumulado en el interior y
sobre todo, su resistencia a enfriarse debe ser mayor a medida que la temperatura
desciende.
Ventilación Fácil.- Es necesario realizar una ventilación a medida la temperatura ópitma se
eleva.
Estanqueidad al agua de lluvia.- El agua de lluvia, por poco que sea, no debe entrar de
ninguna forma en el recinto cubierto; para evitarlo deben hacerse construcciones cuya
cubierta no perminta de ninguna manera la filtración de líquido.
Resistencia a los agentes atmosféricos.- El invernadero es una instalación frágil que debe
tener la suficiente resistencia para afrontar la fuerza del viento, el peso del granizo. Esto
se consigue con un buen anclaje, una estructura bien calculada y un material de cubierta
resistente a dichos agentes atmosféricos.

14
Economía.- La explotación del invernadero tiene un fin lucrativo; por tanto, si se
incrementa demasiado los gastos fijos de automatización y conservación, así como la
implementación misma, pueda que al final de un analisis financiero resulte no ser viable
su desarrollo a largo plazo.
Al analizar las ventajas y desventajas que ofrecen entre los 7 tipos de invernaderos,
se eligió para el desarrollo de prototipo el tipo Túnel, por su bajo costo, su resistencia a los
vientos y el más importante criterio que se tomó en cuenta, es que es ideal para el
desarrollo del jitomate con lo que se cubrieron todas las necesidades que se buscaban en
el tipo de invernadero. 1
1.5.- Jitomate.
1.5.1.- Elección de Jitomate.
Para el diseño del prototipo del invernadero se eligió el jitomate tipo bola porque
tiende a ser menos propenso a enfermedades, su planta es más resistente, se puede
obtener una mayor producción y además cumple con las siguientes características:
 Es un alimento ligero, de cada 100 gramos equivalen a 14 kilocalorías. Su
composición química es muy variable según la especie y variedad, pero en general
se compone a base de agua con fructosa, carbohidratos y minerales como
manganeso, zinc, boro y molibdeno. Asimismo, es rico en vitaminas A, B3 y C.
 La niacina o vitamina B3 actúa en el funcionamiento del sistema digestivo, el buen
estado de la piel, el sistema nervioso y en la conversión de los alimentos en
energía.
 Entre las propiedades del jitomate bola figura 1.10 destaca la de ser un excelente
antioxidante, defensor de las paredes celulares de los tejidos y la piel, así

15
como depurador de productos tóxicos, por ello es recomendable en dietas de
adelgazamiento.
1.5.2.- Especificaciones del Jitomate.
El jitomate (Solanum lycopersicum) pertenece a la familia de las Solanáceas junto
con el tabaco, el chile y la papa. Su nombre proviene del náhuatl, xictlitomatl, o “tomate
de ombligo”, también es conocido como tomate, coatomate, o tomate bola. Es una planta
herbácea con hojas alternas y flores en forma de estrellas amarillas o blancas. Los frutos
rojos son desde muy pequeños hasta de 750 gramos.4
La especie es originaria de Sudamérica pero su domesticación se llevó a cabo en
México. Actualmente el jitomate se considera el segundo vegetal más importante en el
mundo después de la papa. Los principales países productores son China, Estados Unidos,
India, Turquía y Egipto. México se encuentra en el décimo lugar con alrededor de 2
millones de toneladas anuales. Mientras que los principales estados productores en
México son Sinaloa, Baja California y Baja California, San Luis Potosí y Michoacán.
El jitomate contiene una mezcla balanceada de minerales, vitamina C y E,
carotenos y flavonoides. Su uso como remedio medicinal está registrado desde el códice
Florentino. Actualmente sigue siendo utilizado para bajar inflamaciones de anginas,
Fig. 1.10.- Jitomate tipo bola.

16
Fig 1.11.- Jitomate saladette indeterminado altamente productivo ideal para la
producción en los invernaderos pasivos, frutos extra grandes de gran calidad
preferidos por los consumidores.
dolores de riñón, entre otros. Se ha demostrado su acción antiviral, antifúngica y
antihistamínica.5
1.5.3.- Jitomate Saladette.
Tabla 1.8.- Descripción del jitomate tipo saladette.

17
1.5.4.- Jitomate tipo bola.
DATOS TECNICOS
Sistemas de producción Invernadero Pasivo.
Forma de fruto.
Sección longitudinal.
Alargado.
Peso promedio por fruto (gr) Extra Grande.
Características del fruto. 150, Buen Color.
Vigor de la planta. Firme, Buen
Resistencia a Enfermedades. RA: Fol: 0-2 (us1-3)/S/V/M/ ToMV: 2
RI: TYLCV
Fig 1.12.- Variedad de jitomate tipo bola indeterminado, tiene altos
rendimientos de frutos grandes y extra grandes de calidad superior, con excelente
paquete de resistencia a virus y enfermedades del suelo.
Tabla 1.9.- Especificaciones del jitomate tipo saladette.

18
DATOS TECNICOS
Sistemas de producción Invernadero Pasivos.
Forma de fruto.
Sección longitudinal.
Globo Aplanado
Tamaño del fruto. Extra Grande.
Peso promedio por fruto (gr) 250.
Características del fruto. Color Rojo Intenso, forma globo
aplanado.
Vigor de la planta. Intermedio.
Resistencia a Enfermedades. RA: Ft: 0-5/Fol:0-2 (US1-
3)/V/TMV:0/ToMV: 0-2/TSWVRI:
M/TYLCV.
Tabla 1.10.- Descripción del jitomate tipo bola.
Tabla 1.11.- Especificaciones del jitomate tipo saladette.

19
1.6.- Condiciones determinantes para un buen desarrollo en la planta de
jitomate.
Para este cultivo se necesita una temperatura media diaria de aproximadamente
22 °C que es la óptima para el desarrollo de las plantas aunque se puede utilizar un rango
de 18°C a 22°C y este cultivo lo puedes realizar preferentemente durante primavera-
verano, pero podría ser todo el año, mientras se mantenga el rango de temperatura que
se recomiendan.
También es importante que se tome en cuenta que si la temperatura se
encuentra debajo de 16°C, el crecimiento de la planta disminuye; y con menos de 8 °C el
desarrollo del cultivo se paraliza completamente; mientras que con temperaturas
superiores a los 35°C la fructificación es pobre, débil o nula, sobre todo si no hay una
buena humedad cuando menos del 70-75%, a menos que la semilla sea hibrida y
resistente a este tipo de temperaturas.5
1.6.1.- Parámetros indispensables para el control en el prototipo
Después de analizar varios documentos con las condiciones ideales se tomó la
determinación de elegir los rangos en los cuales operará el invernadero las cuales tendrán
que ser monitoreadas por los sensores y controladas por los actuadores.
Temperatura: 25°C
Humedad: 75%.
Teniendo en cuenta que temperaturas superiores a los 300C-350C afecta la
fructificación de la planta. Y temperaturas menores a 120C-150C también originan
problemas como fecundación defectuosa o nula.

20
En cuanto a la humedad alta ocasiona enfermedades en el follaje y agrietamiento
del fruto y dificultan la fecundación, debido a que el polen se compacta, abortando parte
de las flores. Humedad baja dificulta la fijación del polen al estigma de la flor. Ver figura
1.13.1, 3
Fig. 1.13.- Producción de jitomate tipo bola en invernadero.

22
CAPITULO II “ESPICIFICACIONES DEL CULIVO”
A continuación se elabora un desarrollo sobre las especificaciones más relevantes
del cultivo del jitomate ya que estas permiten conocer cuáles son los principales factores
que influyen en el desarrollo de la planta de jitomate así mismo saber las afectaciones que
producen la ausencia de dichos factores. Con esto se logra tener un margen de control del
ambiente dentro del invernadero, teniendo como resultado una óptima producción.
2.1.-Siembra.
El cultivo del jitomate es de origen sudamericano localizado en la región andina. El
jitomate es la hortaliza más difundida en todo el mundo y la de mayor valor
económico. Fue uno de los primeros cultivos producidos por el método hidropónico, por
lo que a continuación en el desarrollo de este capítulo se expondrá el método utilizado
para el cultivo del jitomate tipo bola mostrado en la figura 2.1.
El primer paso es la siembra de la semilla, en este caso del jitomate tipo bola como
la que se muestra en la figura 2.2.
Fig. 2.1.- Cultivo de jitomate tipo bola en invernadero.

23
En este caso se realizó una siembra de tipo indirecta por medio de un semillero o
germinador mostrado en la figura 2.3, ya que el desarrollo de la planta será en un sistema
hidropónico, el cual no necesita ningún tipo de sustrato. 5
2.2.- Germinación.
En esta etapa las semillas únicamente requerirán de un riego con agua para
mantener la humedad en el sustrato. El proceso se desarrolla en mejor forma cuando se
da bajo condiciones de esterilidad, como por ejemplo en sustrato para macetas, donde no
tienen que competir contra malezas ni defenderse contra patógenos y plagas. La
Fig. 2.2.- Fotografía de semillas de Jitomate.
Fig. 2.3.- Muestra de colocación de las semillas en el germinador.

24
germinación requiere de humedad continua para que la semilla logre los niveles
apropiados de contenido de agua. El proceso comienza cuando la semilla llega a un nivel
de 30% de humedad. Se puede verificar la germinación entre 12 y 15 días después de la
siembra, siendo esto una constante en la mayoría de las variedades de ésta semilla y
mostrado en la figura 2.4. 2
2.2.1.- Desarrollo de raíces.
Cuando la semilla alcanza un 30% de humedad y el rango de temperatura es
adecuado para la germinación, se produce una raíz embrionaria, que también se conoce
como raíz primaria como se muestra en la figura 2.5 donde se observa el desarrollo de
esta.
Esta ayuda a anclar la semilla y permite que absorba agua y otros nutrientes desde
el suelo. A medida que la raíz crece, se desarrollan raíces secundarias y la embrionaria se
convierte en la raíz principal de la planta de tomate.
Fig. 2.4.- Semillas en el inicio de la germinación.

25
2.2.2.- Desarrollo de cotiledones.
El cotiledón es parte del brote embrionario que emerge de la semilla. Es el primer
tallo y hojas de la planta ejemplo de esto se puede observar en la figura 2.6. Los
cotiledones no son hojas verdaderas, sino hojas jóvenes "falsas". Ayudan a comenzar el
proceso de fotosíntesis, brindado más energía y nutrientes a medida que la plántula
crece.5
Fig. 2.5.- Desarrollo de la raíz en diferentes etapas de la germinación.
Fig. 2.6.- Cotiledón al germinar la semilla.

26
2.3.- Trasplante.
El siguiente punto es trasplantar las plántulas de jitomate para cultivarlas según la
técnica hidropónica que se haya elegido. El trasplante del Jitomate se llevará a cabo de 30
a 40 días después de la siembra, dejando una distancia entre plantas de 30cm (en general
para cualquier técnica) y entre hileras de plantas de 33cm; para así lograr tener 9 plantas
de jitomate por metro cuadrado, en la figura 2.7 se muestra dicho procedimiento.
2.4.- Definición de Hidroponía.
“La palabra hidropónica se deriva del griego Hydro (agua) y Ponos (labor o trabajo)
lo cual significa literalmente trabajo en agua." 6
Antes de atender las técnicas hidropónicas se debe entender que la planta es un
ser vivo que crece, se reproduce y muere, lo que con lleva a procesos biológicos en su
desarrollo como sudar (transpirar), tomar agua y alimentarse; dentro de los más
importantes por lo cual no debemos de perder de vistas a los órganos encargados de estos
procesos. Todos los elementos tomados por la raíz son llevados por el tallo hasta las hojas
en donde son modificados para que la planta pueda asimilarlos y desarrollarse con buena
de calidad.
Partiendo de lo antes mencionado se debe seleccionar la técnica hidropónica que
esté diseñada para sustituir al suelo atendiendo la forma, tamaño y desarrollo de la planta
Fig. 2.7.- Procedimiento para trasplantar la planta de jitomate.

27
sin perder de vista los procesos fisiológicos de esta conforme al diseño de tu producción, a
continuación se muestra una de las técnicas hidropónicas en la figura 2.8.6
2.4.1.- Técnicas Hidropónicas.
Fig. 2.8.- Sistema NFT para el desarrollo del jitomate.
Fig. 2.9.- Diagrama de técnicas hidropónicas.

28
2.4.2.- Sustratos.
Un sustrato es un medio para generar el sostén de la planta como anclaje de la
raíz, la técnica en sustrato consiste en producir en medios que ancle la raíz y den sostén a
la planta manteniendo la humedad, drenaje, aireación y facilidad de adsorción de
nutrientes.7
Muchos de los métodos Hidropónicos actuales emplean algún tipo de medio, como
grava, arenas, piedra pómez, aserrines, arcillas expansivas, carbones, cascarilla de arroz.
Denominados sustrato, a los cuales se les añade una fórmula nutritiva disuelta en agua que
contiene todos los elementos esenciales necesarios para el crecimiento y desarrollo de la
planta a continuación se muestran algunos tipos de ellos en la figura 2.10.3, 6
Fig. 2.10.-Muestras de diferentes tipos de sustratos.

29
2.4.3.- Raíz flotante.
Técnica de raíz flotante consiste en utilizar contendores de cualquier tipo de
material el cual no debe permitir el paso de luz protegido por una tapa con orificios
encargada de sostener al cultivo permitiendo que las raíces estén en contacto con la
solución nutritiva, por lo cual no se debe olvidar que este sistema depende de la aireación
la cual genera oxigeno esencial para la raíz, muestra de esta técnica se observa en la figura
2.11.3
2.4.4.-Técnica de película nutritiva (Nutrient Film Technique).
Esta técnica de NFT consiste en crear una película re-circulante de solución
nutritiva, como se logra esto, generalmente se utiliza tubos de PVC con tapas con pequeñas
conexiones al final y al inicio para hacer correr el agua en todo el conjunto de tuberías que
uno deseé con una serie de conexiones buscando dirigir la corriente de agua hasta un
deposito en el cual tendremos una bomba la cual hace circular la solución y nuestras
tuberías con conexiones la re-circulación , estas últimas tienen orificios en los cuales se
colocan las plantas y sostienen de tal manera que las raíces están en contacto con la
película re circulante de la solución nutritiva como se muestra en la figura 2.12. 3
Fig. 2.11.-Sistema de Raíz flotante.

30
2.4.5.-Aeropónia
Esta técnica consiste en mantener las raíces libres de cualquier otro medio
quedando en contacto con el aire y solución nutritiva aplicada en forma de nebulización
con mecanismos encargados de sostener la planta durante todo su crecimiento y
desarrollo muestra de ello se observa en la figura 2.13. 3
Fig. 2.12.-Sistema de NFT.
Fig. 2.13.-Sistema de Aeropónia.

31
2.5.-Elección del Sistema Hidropónico.
La posibilidad de producir alimento, especialmente hortalizas de alta calidad,
resulta hoy en día de gran importancia en zonas altamente pobladas; sin embargo su
posibilidad está limitada por el rápido crecimiento de la ciudad y de la industria utilizando
la mayor parte de los suelos cercados a los centros urbanos, lo que conlleva a la reducción
del espacio para infraestructuras de invernadero y con ello para el riego y el aumento de
las exigencias del mercado en calidad y sanidad de las hortalizas, especialmente las de
consumo en fresco, han hecho que las técnicas hidropónicas de cultivo sean potencialmente
atrayentes. Por ello, el desarrollo del proyecto se realizó con la técnica de NFT, la que se
consideró ser la mejor opción por un aprovechamiento en la etapa de riego y la circulación
del agua, lo cual permite una oxigenación natural y otro punto que se observó
conveniente fue que el desarrollo del jitomate con esta técnica es muy productivo. 3
El principio fundamental de la técnica de NFT figura 2.14 cosiste en la recirculación
de la solución nutritiva a través de varios canales de tubos de PVC, que llegan a un
Fig. 2.14.-Modelo de sistema NFT.

32
contenedor en común (este deberá de ser obscuro para evitar la incidencia de micro algas
en la solución nutritiva) y que con la ayuda de una bomba sube nuevamente dicha
solución nutritiva a cada canal. La recirculación suministrará los nutrientes necesarios a las
plantas por medio de las raíces que cuelgan desde las canastillas del contenedor para que
la planta se desarrolle y crezca adecuadamente. 3
 Ventajas del NFT
 Permite un control más preciso sobre la nutrición de la planta.
 Simplifica enormemente los sistemas de riego, porque elimina la esterilización
del suelo y asegura una cierta uniformidad entre los nutrientes de la plantas.
 Maximiza el contacto directo de las raíces con solución nutritiva, por lo que el
crecimiento de los productos es acelerado siendo posible obtener en el año
más producción.
 Si se maneja de la forma correcta el sistema, permite cultivar hortalizas de
consumo en fresco y de alta calidad.
 En el sistema NFT la recirculación de la solución nutritiva, permite evitar
posibles deficiencias nutricionales.
 La instalación de un sistema NFT resulta más sencilla (menor número de
bombas para el riego de la solución nutritiva, la obstrucción de los goteros,
etc.).
 Las plantas cosechadas se remueven fácilmente.
 Un sistema pequeño pude soportar a una planta grande.
 Desventajas del NFT
 Este sistema requiere de un cuidado adecuado del estado de la solución
nutritiva para rendir resultados.
 Los costos iniciales son mayores que con otros sistemas.
 No se puede cultivar cualquier tipo de planta.

33
2.6.- Temperatura y Humedad.
2.6.1- Temperatura.
La temperatura óptima para la germinación de jitomate está comprendida entre
los 20 y 30 °C con buena humedad (por debajo de los 10 °C la semilla no germina) y para el
crecimiento es de 21 a 26 °C. Una temperatura permanente menor de 15°C detiene la
floración y si esta llega a los 10 °C la planta detiene su crecimiento). Temperaturas diurnas
de 25 a 30 °C y nocturnas de 8 a 16 °C propician una buena floración y fructificación. En
caso de elevarse a más de 35 °C la fotosíntesis disminuye formando hojas más pequeñas,
tallos más delgados que ocasionan desprendimiento de ramas y racimos pequeños. El
crecimiento máximo (producción de biomasa) se obtiene con una temperatura diurna de
24 °C y nocturna de 17 °C.
Estos factores fluctúan en relación con la intensidad de la luz, la edad y el balance
de agua en la planta. En la etapa de floración, por ser una planta termo periódica
responde favorablemente a fluctuaciones de temperatura diurna-nocturna, esta oscilación
térmica entre el día y la noche debe ser al menos de 8°C, lo que favorece su crecimiento y
la formación de mayor número de flores, en esta etapa la planta requiere en el día de 23 a
26 °C y en la noche de 15 a 18 °C, temperaturas mayores a 28 °C reducen el número de
flores y racimos por planta; las flores son pequeñas y pueden caer sin ser polinizadas,
debido a la falta de carbohidratos que se consumen por las partes vegetativas de la
planta. Con temperatura por encima de 35 °C los granos de polen se deshidratan, el pistilo
de las flores se prolonga de manera anormal situándose por encima de los granos de
polen antes de que las anteras se abran, por lo cual no puede realizarse la polinización
creando poco amarre de frutos y muy des uniformes Temperaturas inferiores a 12 °C
ocasionan que el polen pierda parcialmente su viabilidad o definitivamente muere,
reduciéndose con eso la autopolinización provocando la caída de flores o frutos
demasiado pequeños y con ello disminución del rendimiento. Esta es la etapa más

34
sensible en cuanto a temperaturas se refiere y tanto las altas como las bajas temperaturas
son condiciones que pueden afectar significativamente la producción al disminuir tanto la
cantidad como la calidad de frutos, por lo que hay que tener especial cuidado en las
temperaturas máximas y mínimas registradas durante esta etapa. 7
En la etapa de fructificación las condiciones óptimas para que se produzca la
fecundación y amarre del fruto se pueden establecer entre los 14 y 18 °C durante la noche
y de 23 a 26 °C durante el día, poniendo especial atención en la temperatura nocturna, ya
que esta tiene mayor influencia sobre estos procesos. Durante la etapa de llenado de
frutos, las altas temperaturas redundan en la disminución del tamaño de frutos cuajados
ya que se retarda la fotosíntesis, la respiración se acelera y las células son más pequeñas
La coloración deseada en el fruto es la roja, propiciada por el licopeno, el cual se
manifiesta mejor en temperaturas que van de los 15 a 29 °C, de lo contrario, aparecen
colores verdes, amarillos, o rosados propiciados por los carotenos y las xantofilas. La
temperatura óptima diaria para el mejor desarrollo del color rojo del jitomate está entre
18 y 24 °C; cuando la temperatura pasa los límites de 26 a 29 °C, considerados como
Fig. 2.15.-Diagrama de relación entre temperatura y desarrollo de la planta.

35
desfavorables, se acentúa el color amarillo del fruto. La maduración puede ser anormal
cuando ocurre una temperatura promedio de 15 °C durante 95 horas en la semana
anterior a la cosecha. Temperaturas inferiores a 8 °C pueden disminuir la calidad del fruto
provocando un agrietamiento muy ligero en forma circular. 6, 7 Ver figura 2.15. 6
2.6.2- Humedad relativa.
La humedad relativa más favorable es de 50 a 60%, cuando es más alta las anteras
se hinchan y el polen no puede liberarse ni caer sobre el estigma y las flores no se
polinizan y caen. La humedad relativa del 80% o más favorecen el desarrollo de
enfermedades fungosas principalmente tizón tardío (Phytophtorainfestans), tizón
temprano (Alternaria solani) y moho gris o botrytis (Botrytis cinérea) se presentan
agrietados de frutos y dificultan la fecundación, debido a que el polen se compacta,
abortando parte de las flores. La humedad relativa del 50%, o menos, dificulta la fijación
del polen al estigma de la flor además de que el polen se deshidrata muy rápidamente y
disminuye el amarre de frutos; otro problema es que la transpiración de la planta
disminuye creando problemas por deficiencia de calcio sobre todo en los frutos debido a
que este elemento además de ser poco móvil dentro de la planta.
Fig. 2.16.-Sistema de
control de humedad.

36
Existen varias formas para mantener el nivel óptimo de humedad en el ambiente
dentro del invernadero, una de ellas y muy importante es tomar en cuenta el área de
ventilación del invernadero, de modo que con la apertura de las ventanas tanto laterales,
cenitales y frontales, se puede tener una buena circulación e intercambio de aire,
facilitando con esto la salida de humedad o bien con el uso de extractores de aire, en la
figura 2.16 se muestra el sistema que regula la humedad en funcionamiento. 5, 7
La humedad en el invernadero interviene en varios procesos:
a) amortiguamiento de los cambios de temperatura.
b) aumento o disminución de la transpiración.
c) crecimiento de los tejidos.
d) viabilidad del polen para obtener mayor porcentaje de fecundación del ovario
de las flores.
e) desarrollo de enfermedades.
2.6.3.- Relación Luz-Planta.
El jitomate es una planta sensible al fotoperiodo, en lo que concierne a su
floración. Este tipo de respuesta es el control de la producción de un pigmento amarillo en
la cutícula en ciertos frutos adecuados genéticamente. Es conveniente que la luminosidad
sea intensa cuando la planta de jitomate está en producción (coloración del fruto), 12
horas diarias de luz es el mejor fotoperiodo figura 2.17, si es menor el desarrollo es lento y
si es mayor, la síntesis de proteínas se dificulta y los carbohidratos se acumulan en
exceso.2

37
En invierno, los días de fotoperiodo cortos con promedios de luminosidad baja,
limitan la producción de carbohidratos.
Esto podría ser la causa principal de la reducción en el amarre del fruto. Las
Iluminaciones limitadas reduce el proceso de la fotosíntesis neta, además implica una
mayor afectación a los productos asimilados, con incidencia en el desarrollo y la
producción, ya que disminuye el tamaño de los fruto, por lo que para el desarrollo normal
de la planta de jitomate se requiere generalmente días de 11 a 12 horas luz solar, en días
más largos las plantas empiezan a fructificar más temprano. A plena exposición solar una
gran cantidad de Ca2+ se dirige hacia las hojas. En éstas la tasa de transpiración es más
alta que en los frutos. Sólo en la noche, cuando no hay transpiración o es reducida, una
proporción de flujo xilemático incrementada se desvía hacia los frutos. Así, la
transpiración se da a gran velocidad con luz brillante, en particular si la humedad
ambiental es baja. Estas condiciones estimulan el crecimiento de la fruta pero no el
suministro de Ca2+. Por otra parte, las altas conductividades eléctricas en la solución
reducen el ascenso y el transporte de Ca2+ hacia los frutos. 2, 3
Fig. 2.17.-Proceso de fotosíntesis.

38
La luz es un factor imprescindible para llevar adelante una serie de procesos
fisiológicos en las plantas, siendo el más importante de todos la “fotosíntesis”. La luz actúa
sobre la asimilación de carbono, la temperatura de las hojas y en el balance hídrico, y en el
crecimiento de órganos y tejidos, principalmente en el desarrollo de tallos, expansión de
hojas y en la curvatura de tallos, interviene también, en la germinación de semillas y en la
floración. La luz y la temperatura están directamente correlacionadas. En mayores niveles
de luz hay mayor temperatura y a mayores niveles de temperatura hay mayor
transpiración y consumo de agua. A mayor luminosidad en el interior del invernadero se
debe aumentar la temperatura, la humedad relativa (HR) y el gas carbónico (CO2), para
que la fotosíntesis sea máxima; por el contrario, si hay poca luz pueden descender las
necesidades de otros factores.
La calidad de la luz varía ligeramente en la naturaleza, principalmente de acuerdo
con la localización de la producción o invernadero.
La calidad de luz tiene influencia en la tasa de fotosíntesis. A mayor altitud, las
plantas están más expuestas a longitudes de las fracciones azul y ultravioleta del espectro
de radiación. A nivel del mar, la luz es en parte filtrada y su calidad disminuida. Plantas
que son cultivadas en una condición o influencia de mucha sombra reciben abundante luz
de las fracciones azul y roja y tienen su crecimiento perjudicado, creciendo más largos y
delgados por una tasa fotosintética más baja. Intensidades de luz muy altas pueden
reducir el crecimiento por resultado de un “estrés hídrico”. La intensidad de la radiación
solar que llega a la superficie de la tierra se reduce por varios factores variables, entre
ellos, la absorción de la radiación, en intervalos de longitud de onda específicos, por los
gases de la atmósfera, dióxido de carbono, ozono, por el vapor de agua, por la difusión
atmosférica, por las partículas de polvo, moléculas y gotitas de agua, por reflexión de las
nubes y por la inclinación del plano que recibe la radiación respecto de la posición normal
de la radiación. México es un país con alta incidencia de energía solar en la gran mayoría
de su territorio siendo la zona norte una de las más soleadas del mundo. Ver figura 2.18.1,3

39
2.6.3.1- Como usa la luz solar la planta de jitomate.
Las plantas de jitomate usan el sol para producir azúcar para crecer. Durante el
primer mes de crecimiento, las plantas crean nuevas hojas con el azúcar que producen y
pueden duplicar su tamaño cada dos semanas. El azúcar es luego usado para crear tallos,
flores y tomates. El contenido de azúcar decrece en los vegetales a medida que la planta
crece. Los tomates no son capaces de producir el azúcar que precisan si no tienen luz
solar.
Las plantas de tomate deben recibir al menos siete horas de luz solar. Una menor
cantidad puede causar problemas de salud. Con la mínima cantidad, la planta producirá
menos frutos. La luz se manipula por medio de diferentes técnicas siendo muy efectivas y
eficientes, pero cada técnica influye entre la intensidad y la calidad de la luz.
Fig. 2.18.-Cultivo en invernadero expuesto a la luz solar.

40
Para hacer uso de la luz en los invernaderos primero se debe saber el efecto que
esta tiene sobre las plantas, luego según nuestras necesidades, puede ser manipulada
para lograr los efectos de su desarrollo.
La luz afecta la planta de dos formas: para proveer la energía para la fabricación de
azucares y provee señales directas a las plantas para su desarrollo morfológico. El primer
proceso es la fotosíntesis y el segundo es fotomorgenesis. Además de la fotosíntesis hay
tres importantes procesos en el desarrollo de las plantas: 3,6
 Fototropismo: corresponde a la respuesta de la planta frente a un estímulo
luminoso, los tallos por ejemplo, crecen hacia una fuente luminosa, mientras que
las hojas adoptan posiciones diferentes para captar la mayor cantidad de luz.
 Fotoperiodismo: corresponde a las variaciones de iluminación recibida por la
planta, este proceso se produce por la absorción de un pigmento presente en las
plantas llamado fitocromo. El fitocromo absorbe fundamentalmente la luz roja y
luz roja lejana.
 Fotomorgénesis: se refiere al crecimiento de las plantas directamente influenciado
por la luz, en gran medida este proceso es influenciado por la luz de alta intensidad
y la actividad que realizan los fitocromos.
Fotosíntesis: La fotosíntesis es manejada más eficientemente con luz roja y azul. Los
pigmentos clorofila y carotina absorben la energía de la luz, cuando es almacenada en las
bandas químicas de carbohidratos (azucares y aminoácidos). La energía es liberada
cuando los carbohidratos son rotos como parte de la separación. El rompimiento de la
energía es utilizada como manejo de todas otras reacciones de la planta para el
crecimiento y desarrollo. Para la buena salud de la planta debe ser capturada y
almacenada mucha energía lumínica, para soportar los largos periodos de oscuridad
cuando la luz es también suficientemente baja para la actividad fotosintética como se
muestra en la figura 2.19.

41
Para maximizar las condiciones de luz que llegan al invernadero se debe considerar lo
siguiente, La más simple es mantener el invernadero libre de polvo en las cubiertas,
paredes y pisos para incrementar la transmisión de la luz.
Reducir al máximo las obstrucciones de la luz directa del sol y que produzcan
sombras en las plantas durante largos periodos, por el contrario, si el invernadero está al
lado de un árbol y este solo produce sombra solo pocas horas en el día no tendríamos un
efecto negativo en el cultivo.
Distribuir las plantas por separado durante los periodos prolongados de baja luz,
para incrementar la luz que recibe cada planta.
Luz suplementaria: La luz suplementaria se convierte indispensable cuando se quiere
ajustar la cantidad lumínica que necesita la planta para su correcto crecimiento, esto
comúnmente se requiere en días oscuros o estaciones con días muy cortos como la
implementada en la figura 2.20.
Existen varias fuentes de luz suplementaria, incandescentes, fluorescentes y de alta
intensidad de descarga (HID por sus siglas en ingles). Como se mencionó, la luz
Fig. 2.19.-Proceso de Fotosíntesis
con y sin luz solar.

42
suplementaria ideal para nuestro invernadero casero es la luz fluorescente, esta tiene un
buen porcentaje de luz Roja y Azul. La HID es muy eficiente pero por su costo y tamaño se
adaptan mejor para invernaderos de mayor magnitud.
Cada tipo de planta requiere una intensidad de luz diferente. Resulta bastante difícil
medir esta intensidad de luz para el invernadero sin un luxómetro, a continuación se
elaboran algunos comparativos para tomarlos como referencia:
 1 lux: Es la intensidad de la luna llena en latitudes tropicales
 100 lux o menos: Se considera intensidad baja o luz indirecta.
 450 lux: Es la intensidad promedio de una oficina.
 450 lux: Es la intensidad de la salida del sol en un día despejado, en latitudes
tropicales
 1000 Lux: Es la intensidad para un día nublado, se considera una iluminación de
alta intensidad.
 32.000 a 100.000 Lux: Es la intensidad de luz para un día despejado sobre la luz
directa del sol.
Fig. 2.20.-Sistema auxiliar de Luz complementaria.

43
La duración de la exposición luminosa es tan importante como la intensidad. La
fotosíntesis es un proceso que puede ser manipulado suministrando luz de baja intensidad
por largos periodos. En otras palabras, 4 horas de 800 Lux de intensidad es igual a 8 horas
a 400 Lux, en cada caso 3.200 Lux serán recibidos por la planta en un día. Esta
reciprocidad como es llamada, es importante cuando se necesita el control de las
cantidades de luz. Es importante anotar que las plantas también necesitan de horas de
oscuridad (mínimo 5 horas) para procesar la energía acumulada durante el día y producir
la glucosa necesaria, por lo tanto no se debe exagerar en la cantidad de horas luz
suministrada.
Este conocimiento del suministro de luz en las plantas es bastante sencillo una vez
conozcamos el tipo de plantas que estemos cultivando y si esta de día corto, largo o
neutral, igualmente la estación del año. Para suministrar luz suplementaria en el
invernadero, es recomendable utilizar bombillas fluorescentes de luz día, pues para el
tamaño de los invernaderos caseros son adecuadas la que se muestran en la figura 2.21.3
Fig. 2.21.-Bombillas Fluorescentes.

44
Para medir la cantidad de luz y con base en esto tomar la decisión si las plantas
necesitan más luz, se pueden utilizar luxómetros o fotoceldas. Esta medición permitirá
que el cultivo tenga un nivel adecuado de luz para que las plantas posean la energía
suficiente para la fotosíntesis. Si lo que se desea es tener un grado de automatización en
el invernadero, la medición de la variable resulta fundamental para poder detectar el
momento de oscuridad y suministrar horas extras de luz. 6
2.6.4.- Malla sombra.
En invernaderos las mallas interiores, absorbe radiación solar y la convierte en
calor dentro del invernadero, el cual será necesario evacuarlo, son buenas en invierno, a
pesar que ayudan a reducir la temperatura también sirven para mantener la temperatura.
Normalmente tiene como ventaja que se puede extender y recoger de acuerdo a las
condiciones de la intensidad de luz.
Mallas exteriores (más recomendado) figura 2.22, para una reducción de
temperatura más efectiva y de preferencia se debe dejar una cámara de aire entre la
malla y el techo del invernadero. La razón de su efectividad es que evitan que no entren
las radiaciones dentro del invernadero, lo cual ayuda a reducir la temperatura del aire. 5
Fig. 2.22.-Mallas exteriores.

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Beneficios generales.
 La función principal la climatización optima y/o protección de cultivos contra las
inclemencias climatológicas (temperatura baja y alta, viento, humedad, lluvia,
granizo), fauna y flora nociva.
 Reducir la radiación solar que llega a los invernaderos, lo cual provoca un descenso
en la temperatura en el interior.
 Reduce las irradiaciones solares (exceso térmico), mejorando las condiciones
vegetativas del desarrollo del cultivo y reduce de desecación del suelo. Protege
contra la insolación y regula el tiempo de maduración.
 Reduce intensidad de luz en los cultivos, regulándola a las necesidades de cada
cultivo.
 Ahorra el uso de agua de riego
 Mejora difusión de luz, aumentando la actividad química y evitando el manchado
en hojas y frutas. (mallas de colores)
 Mejora polinización al evitar excesos de humedad
 Reduce el efecto invernadero, la diferencia entre la temperatura máxima y
mínima, mejorando la fotosíntesis.
 Una casa sombra es una forma de alta producción de cultivo de excelente calidad a
un costo de una cuarta parte del valor de un invernadero.
 Como rompevientos, ayuda a tener un buen nivel de humedad al limitar la
evapotranspiración de las plantas.
 Como rompevientos previene la caída de frutos y quemaduras por deshidratación,
rotura de tallos, facilita el riego por aspersión, facilita tratamientos sanitarios y en
zonas cercanas al mar reduce salinidad en cultivos.
 Evita goteo por condensación ya que son permeables.
 Protege de fuertes lluvias, granizo, heladas y fuertes vientos.
 Protege contra pájaros, insectos y virus.

46
 Protege a los ganados del viento, heladas y ataques de aves y murciélagos.
 Protege y ayuda en la polinización por medio de abejas dentro de invernaderos.
 Fundamental para invernaderos hortícolas y ornamentales.
 El ganado produce más leche y genera más carne, si tienen un lugar donde cubrirse
del sol en los días claros, ya que gastan menos energía en compensar las altas
temperaturas de su cuerpo.
 Avicultura, (color amarillo) da una sensación de ser de día por lo tanto las gallinas
ponedoras producen durante la noche reduciendo los costos y aumentando la
producción, además de proteger contra cambios bruscos de temperatura.
 En gallineros se usa como pared humedad.
 Se usa para el secado de las frutas.
 Apicultura protección de zonas y granjas apícolas (abejas).
 Piscicultura o acuicultura, para la distribución de criaderos en distintas especies.

48
CAPITULO III “DISEÑO DE LOS CIRCUITOS DEL SISTEMA DE CONTROL”
A continuación en el desarrollo de este capítulo se resume todo el proceso de
diseño del prototipo de invernadero, desde los análisis matemáticos de los diseños de
circuitos, así mismo se da una breve explicación del desarrollo de los circuitos impresos
empezando de su etapa de prueba en los protoboard y posteriormente su etapa de diseño
en Proteus, su elaboración de forma manual con hojas de transferencia pasando por la
etapa de desgaste del cobre por medio de Cloruro Férrico, perforación, montaje y soldado
de los dispositivos electrónicos. Pero antes de abordar esta parte del diseño, primero se
hace referencia a algunos conceptos y descripción de algunos elementos utilizados a lo
largo de este proyecto.
3.1.- Convertidor Analógico/Digital (ADC).
En el mundo en el que habitamos, todas las sensaciones que se pueden percibir y
que interpreta el cerebro humano (temperatura, presión, o velocidad, distancia, sonido,
humedad, etc.) son de naturaleza analógica, es decir que es tipo de señales a las que se
está habituado son por definición una variación continua en el tiempo, es decir, que a una
variación significativa en el tiempo le corresponderá una variación igualmente significativa
con respecto al valor de la señal. Actualmente con el desarrollo de la tecnología se han
innovado dispositivos electrónicos que emulan algunas de las capacidades humanas, en
este caso en particular se enfocará en la habilidad de percepción del entorno y en base a
la información obtenida la cual después de ser analizada y procesada por una
computadora que ejecutara una serie de instrucciones previamente programadas.
Para realizar lo mencionado anteriormente, se ha recurrido a diferentes
dispositivos que en conjunto podrán cuantificar los valores obtenidos de las mediciones
obtenidas, quedando ejemplificado en la figura 3.1: 9

49
Primeramente para obtener una aproximación a las magnitudes a medir es
necesario la utilización de dispositivos llamados sensores, que en forma simple es un
sustituto de alguno de los sentidos humanos.
El objetivo principal de un ADC es transformar una señal Analógica en una señal
Digital, la conversión analógica-digital consiste básicamente en tomar de forma periódica
medidas de la amplitud de una señal en este caso desde alguno de los sensores un tiempo
determinado y evaluar su nivel. Estos métodos son conocidos como Muestreo,
Cuantificación y Codificación.
3.1.1.- Muestreo.
El proceso de muestreo consiste en tomar muestras de la amplitud de la señal de
entrada periódicamente, la velocidad con que se realiza dicho procedimiento se le conoce
como frecuencia de muestreo que para realizar se debe tomar en cuenta el teorema de
Nyquist mostrado en la Ecuación (3.1).
𝐹
𝑠 > 2𝐹
𝑚𝑎𝑥 … … … … … … … (3.1)
Fig. 3.1.-Diagrama del ADC.

50
Este teorema nos indica que la frecuencia de muestreo debe ser mínimo al doble de la
frecuencia de la señal a muestrear, esto para evitar distorsiones conocidas como
solapamiento, lo que evita que en procesos posteriores se pueda recuperar integra a la
señal, en la figura 3.2 se puede observar el tratamiento de dicha señal.9
3.1.2 Cuantificación.
Básicamente, la cuantificación es convertir una sucesión de muestras de amplitud
continua en una sucesión de valores discretos preestablecidos. Durante este proceso se
mide el nivel de la amplitud de cada una de las muestras obtenidas en el proceso de
muestreo y se les asigna un valor finito, dentro de un margen de niveles previamente
fijado ejemplo de esto se muestra en la figura 3.3.9
Fig. 3.2.-Ejemplo de una señal muestreada.

51
Fig. 3.3.-Niveles de decisión.
Los valores son establecidos para ajustarse al proceso de cuantificación y se eligen
en función de la propia resolución que utilice cualquier código utilizado. Si uno de los
niveles no coincide exactamente con ninguno, se toma como valor el inferior o superior
más próximo.
Ahora, la señal digital que resulta tras la cuantificación es ligeramente diferente a la
señal analógica original, lo que se conoce como error de cuantificación. Un error de
cuantificación se convierte en un ruido cuando se reproduzca la señal tras el proceso de
decodificación digital.9

52
3.1.3 Codificación.
La codificación consiste en asignar valores de las muestras de la señal analógica que
han sido cuantificados al sistema binario o cualquier otro empleado. La señal analógica se
transforma en un tren de pulsos como se observa en la figura 3.4.
Durante el muestreo la señal aún es analógica, puesto que aún puede tomar
cualquier valor. No obstante, a partir de la cuantificación, cuando la señal toma valores
finitos, la señal obtenida ahora es digital. 9
Fig. 3.4.-Asignacion de código a cada muestra.

53
3.2.- Modulación Digital.
En la transmisión de la información sobre una onda portadora, típicamente una
onda sinusoidal, se utiliza una gran cantidad de métodos para transmitirla, esto se conoce
como modulación.
Esto se hace con la finalidad de tener un mejor aprovechamiento en el canal al
transmitir más información en forma simultánea, como también se evita tener
interferencias y ruido. La modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda
portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es
Fig. 3.5.-Tipo de modulación.

54
la información que se requiere transmitir.
Existen dos tipos de información que podemos transmitir: analógica y digital, en
dichas señales se puede modificar los parámetros de amplitud, frecuencia o fase de la
portadora como se muestra a continuación en la figura 3.5.11
La modulación digital es un proceso mediante el cual se trasforman los símbolos
digitales en forma de onda adecuadas para la transmisión sobre un canal de
comunicación. En este tipo de modulación existen criterios que son tomados en cuenta ya
que proporcionan ventajas con respecto a la modulación analógica.
Ventajas de las modulaciones digitales:
 Menos sensible a las interferencias.
 Permite un control de errores.
 Mayor eficiencia espectral que los sistemas analógicos.
 Encriptación de datos.
Las técnicas de modulación digital pueden agruparse dependiendo de la
característica que se varié en la señal portadora. Las técnicas más comunes de modulación
digital son: 11
-Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK, amplitude shift keying), también
denominada Transmisión (modulación) de encendido-apagado (OOK, on-off keying) la cual
consiste en activar o desactivar una portadora senoidal con una señal binaria unipolar.
-Modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK, binary phase shift keying), la
cual consiste en desplazar la fase de una portadora senoidal 0º o 180º con una señal
binaria unipolar. Es equivalente a una modulación PM con una señal digital unipolar o a
modular una señal DSB-SC con una forma de onda digital polar.
-Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK, frequency shift keying), la cual
consiste en desplazar la frecuencia de una portadora senoidal desde una frecuencia de

55
marca (correspondiente al envío de un 1 binario) hasta una frecuencia de espacio
(correspondiente al envío de un 0 binario) de acuerdo con la señal de banda base digital.
Es idéntica a modular una portadora de FM con una señal digital binaria.
Dado que en el desarrollo del prototipo de invernadero por comunicación
inalámbrico está basado en modulación ASK se expondrá con un poco más detalle en
comparación de los demás tipos de modulación los cuales son se mencionaran y
definieran.
3.2.1 ASK (Modulación por desplazamiento de amplitud).
La modulación por desplazamiento de amplitud, en inglés Amplitude shift keying
(ASK), es una forma de modulación en la cual los datos digitales son como variaciones de
amplitud de la onda portadora.
La amplitud de una señal portadora análoga varia conforme a la corriente de bit
(modulación de la señal), manteniendo la frecuencia y la fase constante. El nivel de
amplitud puede ser usado para representar los valores 1 y 0.
Fig. 3.6.-Ejemplo de Modulación ASK.

56
Los dos valores binarios se representan con dos amplitudes diferentes y es usual
que una de las dos amplitudes sea cero; es decir uno de los dígitos binarios se representa
mediante la presencia de la portadora a amplitud constante, y el otro dígito se representa
mediante la ausencia de la señal portadora. En este caso la señal moduladora vale
Mientras que el valor de la señal de transmisión (señal portadora) es dado por:
vp(t) = Vp sen(2π fp t)…………………………………..(3.3)
Donde Vp es el valor pico de la señal portadora y fp es la frecuencia de la señal portadora.
Como es una modulación de amplitud, la señal modulada tiene la siguiente expresión:
v(t) = Vp vm(t)sen(2π fp t) )…………………………………..(3.4)
Como se observa la señal moduladora vm(t) al ser una señal digital toma
únicamente los valores 0 y 1, con lo cual la señal modulada resulta:
La señal modulada puede representarse gráficamente de la siguiente manera
……………………….(3.2)
………………………………….(3.5)

57
Debido a que la señal moduladora es una secuencia periódica de pulsos, su
espectro de frecuencias obtenido por medio del desarrollo en serie compleja de Fourier
tiene la característica de la función sen x/x.
Fig. 3.8.- Función sen x/x. en domino del tiempo.
Fig. 3.7.- Modulación ASK.

58
Este caso es similar a la modulación de amplitud para señales analógicas, o sea que
se produce un desplazamiento de frecuencias, que en este caso traslada todo el espectro
de frecuencias representativo de la secuencia de pulsos periódicos.
Fig. 3.9.- Función sen x/x. en domino de la frecuencia.
Fig. 3.10.- Espectro de Frecuencias.

59
Por lo tanto se concluye que el ancho de banda necesario para esta transmisión es
mayor que el requerido para modulación de amplitud, debido a que la cantidad de señales
de frecuencias significativas (las del primer tramo) que contiene el espectro, dependiendo
dicha cantidad de la relación entre el período y el tiempo de duración de los pulsos.
ASK es sensible a cambios repentinos de la ganancia, además es una técnica de
modulación ineficaz.
La técnica ASK es usada comúnmente para trasmitir datos digitales sobre la fibra
óptica. Para los transmisores LED, el valor binario 1 es representado por un pulso corto de
luz y el valor 0 por la ausencia de luz. Los transmisores de laser normalmente tienen una
corriente fija que hace que el dispositivo emita un nivel bajo de luz. Este nivel bajo
representa el valor 0, mientras una onda luminosa de amplitud más alta representa el
valor binario 1. Ver Figura 3.6. 11,12
3.3.- El MSP430 de Texas Instruments y sensores.
La MSP430 es una familia de microcontroladores fabricados por Texas Instruments.
Construido con una CPU de 16 bits, el MSP430 está diseñado para aplicaciones
empotradas de bajo costo, sistemas inalámbricos y/o de ultra bajo consumo de energía
Fig. 3.11.-Microprocesador MSP430 de Texas Instruments.

60
figura 3.11. Las siglas MSP quieren decir Mixed Signal Processor lo cual significa
procesadores de señal mixta, al ser microcontroladores están diseñados y construidos
para el uso y generación de señales de forma digital, pero también están diseñados para
poder trabajar con señales analógicas, esto los hace útiles para aplicaciones de control,
medición y electrónica de consumo.14
Estos microcontroladores son los que menos energía consumen incluso por debajo
de los PIC´s, esto se logra combinado de manera correcta las varias fuentes de
interrupción, los periféricos independientes a la CPU y la selección correcta de las fuentes
de reloj para la CPU y los periféricos.
Cuentan con una CPU RISC de 16 bits y una arquitectura Von Neuman. Esta familia
está formada por 5 generaciones las cuales en total suman más de 200 dispositivos, cada
generación ofrece diferentes niveles de integración analógica, periféricos digitales y
protocolos de comunicación lo cual ayuda a los desarrolladores a solventar de la manera
más apropiada sus necesidades.
La característica más destacable es que sus herramientas son muy fáciles de usar y
de bajo costo así como sus dispositivos, un ejemplo de ello es que cuentan con la
plataforma de desarrollo más barata en el mercado, el LaunchPad figura 3.12, la cual es de
Fig. 3.12.-Tarjeta entrenadora LaunchPad.

61
mucha utilidad a la hora de hacer algunos desarrollos en formato DIL (Dual In Line) en una
Protoboard sin necesidad de realizar circuitos impresos para su etapa de pruebas.
A continuación se hacer referencia a algunas de las características más sobresalientes
de la familia de microprocesadores MSP430 de Texas Instruments. 14, 8
 ALU de 16 bits que efectúa operaciones lógicas (AND, OR, XOR), substracciones,
adiciones y comparaciones.
 RISC (Reduced Instruction Set Computing) con 27 instrucciones y 7 modos de
direccionamiento.
 Arquitectura Ortogonal, además cualquier instrucción se puede usar con cualquier
modo de direccionamiento.
 Todos los registros en la CPU son completamente accesibles.
 Las operaciones entre registros se llevan a cabo en un ciclo.
 Los registros de 16 bits reducen la cantidad de veces que se accede a la memoria al
ejecutar una instrucción.
 El bus de direcciones de 16 bits permite el acceso y los brincos a lo largo de todo el
mapa de memoria.
 El generador de constantes proporciona las 6 constantes más usadas para reducir
el tamaño del código y facilitar la programación a través de instrucciones
emuladas.
 Transferencias de memoria a memoria sin necesidad de registros intermedios.
 Instrucciones y modos de direccionamiento para 8 y 16 bits (Byte y Word).
 12 registros de propósito general que pueden almacenar tanto datos como
direcciones.
 Construida utilizando lógica estática con la cual no hay un mínimo de frecuencia de
operación, lo cual permita que la CPU pueda ser detenida.
Al contrastar la CPU de los MSP430 con otras CPU de otros microcontroladores se
llega a la conclusión que la arquitectura de los MSP430 permite realizar una

62
programación más eficiente, al reducir el tamaño del código de cualquier aplicación a
realizar, lo que brinda al desarrollador una flexibilidad y portabilidad.
3.3.1.- Comparación y elección de los dispositivos electrónicos.
Siguiendo en el apartado de ser amables con la naturaleza, una característica para
elegir un Microcontrolador para el desarrollo del prototipo, fue que dicho dispositivo
tenga un bajo consumo de energía y para que fuera aún más rentable se consideró el
costo. Teniendo como resultado en la elección el MSP430 de Texas Instrument, la
comparación se muestra en la Tabla 3.1.14
MARCA ATMEL MICROCHIP FREESCALE MSP430
MODELO ATMEGA16 PIC16F877A MC68HC908A916 MSP430G2553
RAM 1024 368 1024 512
ROM 16K 14.3K 16K 16K
EEPROM 512 BYTES 256 BYTES --- ---
PUERTOS I/O 32 33 32 20
OSCILADOR
INT 8MHZ EXT
16MHZ
EXTERNO 20MHZ INTERNO 32MHZ
INT 16MHZ EXT
32MHZ
TIEMPOS DE
INSTRUCCIÓN
1-5 CICLOS DE
RELOJ
4/8 CICLOS DE
RELOJ
1-7 CICLOS DE RELOJ
16 CICLOS DE
RELOJ
ARQUITECTURA RISC RISC CISC RISC
REGISTROS DE TRABAJO 32 1 1 16
USART √ √ --- √
I²C √ √ √ √

63
SPI √ √ √ √
ADC
8 CANALES 10
BITS
8 CANALES 10
BITS
8 CANALES 10 BITS 8 CANALES 10 BITS
CONSUMO 1.8V-3.6V
2V-5.5V
3V-5V 1.8V-3.6V
Comparativa Sensor de Temperatura
Sensor DS18B20 TMP102 LM35DZ
Voltaje 3.0 a 5.5 V 1.4 a 3.6 4 a 30V
Rango de
Temperatura
-55°C a +125°C -55 a 150 -55 a 150
Corriente 1.5mA 10 µA 60µA
Tipo de Señal Analógica Digital Analógica
Impedancia Baja Impedancia Baja Impedancia
Precisión
± 0.5 ° C de
precisión desde -
10 ° C a +85 ° C
0.5°C 0.5°C
Características
Especiales
Permite medir
con precisión las
temperaturas en
ambientes
húmedos
Calibra
directamente en
°C, Ideal para
aplicaciones
Remotas
Costo $180 $100 $30
Fotografía
Tabla. 3.1.-Comparación y elección del microcontrolador.
Tabla. 3.2.-Comparación y elección del sensor de temperatura.

64
Comparativa Sensor de Humedad
Sensor DHT-22 HIH-4030 HMZ-433A1
Voltaje de
Alimentación
3.3-6V de entrada 4 a 5.8 5 V
Rango de
Humedad
0 a 100% 0 a 100% 20 a 90%
Consumo en
Corriente
1.5mA 200 µA 5 mA
Tipo de Señal
a la Salida
Analógica Analógica Analógica
Impedancia Baja Impedancia Baja Impedancia Impedancia 5KΩ
Precisión ± 0.2% ± 0.6% ± 0.5%
Características
Especiales
No Necesita Calibración
Externa
Montaje Superficial
Resiste 1000Hrs a una
Humedad de 90%
Costo $190 $187 $126
Fotografía
3.4.- Diodos.
Un diodo es un componente electrónico que permite el paso de la corriente
eléctrica en un sentido y lo impide en sentido contrario. Está formado por la unión de dos
materiales semiconductores, uno del tipo “P” y otro del tipo “N”. Por tanto está provisto
de dos terminales denominados ánodo (+) y cátodo (‐). Como norma general, el sentido
de circulación de la corriente en un diodo va del ánodo al cátodo. Su símbolo es: Cuando
un diodo se conecta a una tensión eléctrica, se dice que está polarizado. Esta polarización
puede ser directa o inversa.15, 16
Tabla. 3.3.-Comparación y elección del sensor de temperatura.

65
- La polarización directa se produce cuando se conecta el polo positivo del
generador al ánodo y el polo negativo del generador al cátodo. De este modo el diodo se
comporta como un conductor de corriente.
- La polarización inversa se produce en el caso contrario, es decir, el polo positivo
al cátodo y el negativo al ánodo. En este caso el diodo impide el paso de la corriente
eléctrica y se comporta como un aislante. Queda claro que un diodo polarizado
directamente deja pasar la corriente eléctrica, mientras que un diodo polarizado
inversamente no deja pasar la corriente eléctrica.
La curva general de funcionamiento mostrada en la anterior figura 3.13 de un
diodo es la siguiente: Se puede observar que en la región de polarización directa (la
situada arriba y a la derecha de los ejes) a partir de la tensión Vγ se obtiene una
conducción del diodo prácticamente lineal. Se trata de una recta que relaciona la tensión
aplicada con la intensidad que recorre el diodo mediante la resistencia interna del diodo.
Fig. 3.13.-Curva característica del diodo.

66
La tensión Vγ se denomina umbral de conducción. Habitualmente se utilizan
diodos cuya tensión umbral será de 0,7 voltios, lo que quiere decir que si aplicamos al
diodo una tensión superior a 0,7V, el diodo se comportará como una resistencia
(polarización directa).
En la región de polarización inversa (abajo y a la izquierda de los ejes) existe una
tensión VRM, que se denomina tensión de ruptura del diodo, de tal manera que si la
superamos el diodo quedará destruido.
Existen unos diodos especiales que se diseñan para trabajar en dicha zona de
ruptura. Son los diodos Zener. Tienen una curva característica como la que se representa
a continuación en la figura 3.14.
Fig.3.14.-Curva característica del diodo Zener.

67
Estos diodos cuando son polarizados directamente se comportan como un diodo
normal, pero cuando son polarizados inversamente, y la tensión aplicada es la VZ (ya no se
llama tensión de ruptura, sino tensión zener), conducen también la corriente eléctrica.
Son diodos fundamentalmente empleados en fuentes de alimentación como elementos
estabilizadores de tensión, que como se puede ver en la curva, aunque la intensidad que
los atraviese varíe de manera considerable, la tensión en sus extremos será prácticamente
constante e igual a la VZ. 15, 16
3.5.- Transistores.
Existen varios tipos de transistores y con múltiples aplicaciones, pero el transistor
que se trabaja se denomina transistor bipolar. Es un componente formado por la unión de
tres semiconductores, que pueden ser: 15, 16
 Dos tipo “P” y uno tipo “N”, en cuyo caso el transistor se denomina PNP.
 Dos tipo “N” y uno tipo “P”, en cuyo caso el transistor se denomina NPN, ambos
ejemplos se ilustran en la figura 3.15.
Fig. 3.15.-Diseño del Transistor PNP y NPN.

68
Sus símbolos son los siguientes mostrados en la figura 3.16:
Como se puede comprobar un transistor dispone de tres terminales de conexión,
que se denominan colector (C), base (B) y emisor (E).
Generalmente se van utilizar transistores NPN para nuestros montajes, cuyo
funcionamiento es el siguiente mostrado en la figura 3.17:
Fig. 3.17.- Configuración del transistor.
Fig. 3.16.-Simbologia e imágenes del transistor en sus diferentes tipos.

69
Si no se hace circular corriente entre la base y el emisor (interruptor abierto), el
transistor estará cortado, es decir, no dejará pasar la corriente entre el colector y el
emisor (lámpara apagada). En cambio si se deja pasar una pequeña corriente entre la base
y el emisor (interruptor cerrado), el transistor entrará en saturación, es decir, dejará
circular corriente entre el colector y el emisor (lámpara encendida).
NOTA: Como se puede comprobar los dos circuitos representados son el mismo.
Solamente se ha cambiado la posición de la pila. Es necesario además colocar una
resistencia en la base (RB), con el fin de limitar la corriente que entre por la base del
transistor, para evitar deteriorarlo.
Un transistor puede trabajar en tres zonas denominadas zona de bloqueo, zona
activa y zona de saturación.
 En la zona de bloqueo el transistor se comporta como un interruptor abierto, es
decir, no deja pasar corriente entre el colector y el emisor. En esta zona la
intensidad de base es nula.
 En la zona de saturación el transistor se comporta como un interruptor cerrado, es
decir, deja pasar corriente entre el colector y el emisor. En esta zona la intensidad
de base es la máxima admisible.
 En la zona activa dependiendo de la intensidad de base permitirá el paso de una
mayor o menor corriente entre colector y emisor. Esta es la zona utilizada para
amplificación.
Dichas zonas de funcionamiento se pueden ver en la figura 3.18, típica de los
transistores bipolares.

70
Una pequeña corriente entre base y emisor permite controlar corrientes mayores
entre colector y emisor. En muchos casos la corriente que emite un dispositivo es
demasiado débil como para producir cierto efecto, por ejemplo poner en marcha un
motor o hacer vibrar un altavoz. En estos casos hay que amplificar la señal por medio de
un circuito electrónico que emplee uno o varios transistores.
Por lo tanto, los transistores son componentes electrónicos que generalmente se
emplean para amplificar impulsos eléctricos, es decir, para obtener corrientes de salida de
mayor intensidad que las corrientes de entrada. La relación entre la corriente de salida y la
de entrada es lo que se conoce como amplificación o ganancia del transistor. 15, 16
Fig. 3.18.-Curvas características del transistor.

71
3.6.- Optoacopladores.
El acoplador óptico es un dispositivo de emisión y recepción de luz emitida por un
LED, La operación está basado en la detección de luz emitida. La entrada del acoplador
está conectada a un emisor de luz y la salida es un fotodetector. Los dos elementos están
separados por un aislante transparente y dentro de un empaque que lo aísla de la luz
exterior.
Hay muchos tipos de acopladores ópticos, todos ellos tienen una fuente de luz
infrarroja (LED), pero el detector puede ser: fotodiodo, fototransistor y laser como se
muestra en la figura 3.19.
Un parámetro muy importante en los optoacopladores es la eficiencia, este
parámetro define qué cantidad de corriente necesitamos en el LED para obtener la salida
deseada. En el transistor y en el Darlington esto se llama Radio de transferencia de
corriente (CTR), esto es simplemente dividiendo la corriente de salida entre la corriente de
entrada requerida. En el caso de los de salida Schmitt trigger y el driver de triac la
eficiencia está definida por la cantidad de corriente requerida en el emisor para poder
disparar la salida (IFT).15, 16
El otro parámetro importante en optoacopladores es el voltaje de aislamiento el
cual es de 7500 Volts durante 1 segundo.
CARACTERISTICAS
 Salida y entrada eléctricamente aisladas.
 Transmisión de señales de amplio ancho de banda.
Fig. 3.19.-Composicion del optoacoplador.

72
 Aseguran la separación galvánica entre circuitos cuya diferencia de potencial es
elevada.
 Evitan bucles de tierra.
 Buen comportamiento con la frecuencia.
 Reducción de peso y tamaño.
 Alta fiabilidad.
 Fácil interconexión con dispositivos lógicos.
 Compacto, ligero y fiable.
TIPOS
 Acopladores ópticos u optoacopladores.
 Optointerruptores.
 Fototiristores y fototriacs.
 Relés de estado sólido.
CLASIFICACION
Tipo de excitación admitida a la entrada.
 DC
 AC
Configuración del elemento de salida.
 Fototransistor simple.
 Fototransistor Darlington.
 Salida digital.
Funcionalidad Específica.
 Alta sensibilidad.
 Alta tensión colector-emisor.

73
 Alta velocidad de respuesta.
 Salida analógica.
3.7.- Diseño de Sistema para el riego en etapa de Germinación.
Una vez que se eligió la técnica hidropónica que cubriera las expectativas se
procedió a la automatización de los procesos en el desarrollo de la planta. Lo que llevó a la
primera etapa para el desarrollo de una planta; Germinación de la semilla, en este proceso
simplemente se tiene que mantener una humedad constante en la tierra. En la figura 3.21,
se puede observar de manera sencilla el funcionamiento del circuito para el riego en esta
primera etapa.
En la figura 3.21 se puede apreciar de manera sencilla el funcionamiento del
circuito para el Sistema de Germinación el cual se explica por Bloque a continuación:
 Etapa Sensorial.- Se encarga de monitorear la humedad de la tierra, para
activar el riego cuando sea necesario.
Etapa Sensorial
MSP430
Etapa Control
Fig. 3.21.- Diagrama a Bloques Sistema de Germinación.
Fig. 3.20.-Simbologia y fotografía del optoacoplador.

74
 MSP430.- Aquí el Microcontrolador recibe los datos de la etapa anterior y
toma la decisión de activar el motor por medio de un Puente H y un
transistor para encender una bomba de Agua.
 Puente H.- Se usa para hacer el movimiento vertical de ida y vuelta de
aspersor para tener un riego uniforme.
 Riego.- En este bloque se activa una bomba de agua que por medio de un
aspersor moja de manera uniforme los germinadores para obtener una
humedad en la tierra idónea para el desarrollo de la plántula.
A continuación se explican a mayor detalle 2 etapas de dicho circuito en los que se
tuvo que trabajar con mayor énfasis para que el sistema funcionara con resultados
satisfactorios.
3.7.1.-Etapa Sensorial.
Para activar o detener todo el sistema depende de la humedad de la tierra, por lo
que se construyó un sensor para mantener dicha característica de la tierra, por lo que se
trabajó con un transistor Tipo NPN específicamente con el transistor BC547 configurado
como interruptor como se muestra en la figura 3.22, así como su Niveles de corte y
saturación.
Fig. 3.22.- BC547 como interruptor.

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