invernadero automatizado

1. 2018
christopher malagon escutia
Instituto Tecnológico NACIONAL DE
MEXICO EN CELAYA
13-11-2018
Invernadero “BRUTUS” para el cultivo de jitomate

2. 1
ÍNDICE
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. _________________________________________________3
1.1 Objetivo. __________________________________________________________________3
1.2 Justificación. _______________________________________________________________3
1.3 CRITERIOS _________________________________________________________________4
2 INTRODUCCIÓN_________________________________________________________________5
3 DESARROLLO___________________________________________________________________6
3.1 LA AUTOMATIZACIÓN DE INVERNADEROS______________________________________6
3.2 ESTRUCTURA DEL INVERNADERO “BRUTUS”. ____________________________________6
3.3 SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DEL INVERNADERO__________________________7
3.4 PROGRAMA PORARDUINO. __________________________________________________7
3.5 CONTROL DE ILUMINACIÓN.__________________________________________________8
3.6 CONTROL DE TEMPERATURA. _________________________________________________9
3.7 SISTEMA DE VENTILACIÓN.__________________________________________________10
3.8 CONTROL DE HUMEDAD.____________________________________________________12
3.9 SISTEMA DE RIEGO. ________________________________________________________13
3.10 SISTEMA DE FUMIGADO. ____________________________________________________15
4 CONCLUSIÓN. _________________________________________________________________17
5 Bibliografía____________________________________________________________________18
6 APÉNDICE_____________________________________________________________________20
6.1 ENTREVISTA para profesionista_______________________________________________20
6.2 Entrevista para cliente potencial______________________________________________21
6.3 MAPA SEMÁNTICO_________________________________________________________22
6.4 PLANO ______________________________________________________________23

3. 2
ÍNDICE DE IMAGENES
FIGURA: 1 ARDUINO MEGA , (DAMIAN 2012) 1.............................................8
FIGURA. 2 FOTOCELDA, (247 TECNO, 2017) 1 ...............................................9
FIGURA. 3 SENSOR PT100, (PCE, 2018) 1....................................................10
FIGURA. 4 VENTILADOR, (INVERGROW .VENTILADOR 2012)........................11
FIGURA. 5 SENSOR DE FINAL DE CARRERA , (DANY_8520, 2011)................11
FIGURA. 6 SENSORDE HUMEDAD,(INC.ORITS AFFILIATES,1996-2018)........12
FIGURA. 7 SENSOR DE HUMEDAD, (BRICOGEEK, 2018)................................13
FIGURA. 8 SISTEMA POR GOTEO, (JARDINERIA PLANTAS Y FLORES, 2013)...14
FIGURA. 9 TANQUES DE ALMACENAMIENTO . (CAN STOCK PHOTO INC.,
2018) ..................................................................................................14
FIGURA. 10 PLC S7-200, (INDIMART, 1996-2018) .......................................15
FIGURA. 11 SERIE DE ASPERSORES, (DEPOSITPHOTOS, 2009-2018).............16

4. 3
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
1.1 Objetivo.
Desarrollar un invernadero “BRUTUS”, a través de un programa para el control de
temperatura, sistema de riego, abonado, fumigado, ventilación e iluminación, para
controlar el cultivo de jitomate.
1.2 Justificación.
La pérdida de cultivo de jitomate por el bajo nivel de nutrientes y escases de agua
el uso excesivo de plaguicidas e insecticidas y altos costos por mano de obra son
por el cual se desarrollará el invernadero “BRUTUS”.
A partir de lo anterior el invernadero “BRUTUS” funcionara con base a un programa
que controlara las instrucciones dadas por un operario para el cultivo del jitomate,”
BRUTUS” contara con una estructura tipo diente de sierra, este invernadero es de
un ancho de 7 m y altura bajo canal desde 3 m sobre el canal una altura de 4.50m
y 40 m de largo. Cuenta con ventanas frontales laterales y plegables para buena
circulación de aire dentro del invernadero. Su principal ventaja es que su
mantenimiento y operación es de bajo costo.
Por otra parte para controlar la temperatura dentro del invernadero se contara con
sensores de temperatura, los cuales mandaran una señal al programa para indicarle
que se abran, para el sistema de riego y abonado se contara con tubos de plástico
con goteros, con un sensor de humedad en cada sustrato para controlar el nivel de
agua, esta se almacenaran en dos contenedores de una capacidad de 3500 metros
cúbicos uno con agua y el otro agua con abono, para el fumigado se contara con
un contenedor de 2500 metros cúbicos, será suministrado por aspersores que
estarán ubicados a 2.50 metros encima de cada plántula, el operario le indicara al
programa para ejecutar las condiciones de acuerdo a las condiciones ya
establecidas en el sistema.

5. 4
1.3 CRITERIOS
1). Convivencia: ¿Para qué sirve la investigación? Para conocer el proceso de
cultivo del jitomate de forma automatizada y que ventajas traerá.
2). Relevancia social: ¿Cuál es su transcendencia para la sociedad?
La transcendencia es económica ya que se necesita menos mano de obra y se
controla automáticamente con parámetros ya establecidos en el sistema cada
proceso de cultivo del jitomate.
¿Quiénes se benefician con los resultados de la investigación?
Los beneficiados de esta investigación son la sociedad y los empresarios.
¿De qué modo?
La sociedad se beneficiará de un producto con un mejor valor nutrimental, mejor
color y tamaño.
Los empresarios se benefician que la producción es de menor tiempo y menor
costos en el mantenimiento y en la mano de obra.
¿Qué alcance o proyección social tiene?
La oportunidad de menor precio y mejor presentación del producto al ser integrado
a la sociedad de manera más rápida.
3). Implicaciones practicas: ¿Ayudara a resolver algún problema real?
Si, uno de ellos es la perdida de cultivo de jitomate por la falta de agua y exceso de
esta, la falta de fertilizante uniforme, control de plaga y enfermedades de manera
simultánea.
¿Tiene implicaciones transcendentales para una amplia gama de problemas
prácticos?
Si, el programa en el invernadero se ajusta a lo largo del proceso de cultivo y puede
ser modificado para problemas que puedan surgir.

6. 5
2 INTRODUCCIÓN
La automatización de un sistema de control para cultivo de jitomate en invernadero
“BRUTUS” busca implementar nuevas expectativas para los dedicados al cultivo de
jitomate, es decir, ampliar el horizonte de resultados que se esperan obteniendo
mejoras significativas de producción, económicas y de calidad en el producto.
(Garrido, ptolomeo, 2011).
Sin embargo, hay que tener en cuenta que los cambios climáticos que a veces no
favorecen al cultivo, las heladas y el calor excesivo y exceso de agua o faltante de
ella pueden dificultar su buen desarrollo.
En la actualidad el cultivo de jitomate se visualiza bajo sistemas productivos
diversos como, un sistema de automatización para cultivo de jitomate bajo
invernadero modificando su entorno y alterando sus ciclos convencionales y así
lograr disminuir el periodo de cultivo.
El cultivo de jitomate que se tiene bajo las condiciones que propicia un invernadero
automatizado, es un sistema agrícola especializado en el cual se lleva a cabo el
control climático, condiciones de suelo, la temperatura, la humedad, sistema de
riego y fertilización.
Mediante estas técnicas de protección, se busca cultivar el jitomate, alterando el
medio por el cual estará siendo monitoreado para prolongar el periodo de
recolección del producto con mejor calidad de nutrientes, tamaño y sabor teniendo
en ventaja significativa y eficiente del recurso de automatización del invernadero, ya
que la mayoría de los cultivos al aire libre tiene pérdidas importantes en el destino
de sus cultivos de jitomate.
Es precisamente por estos motivos que se busca la implementación de un
invernadero automatizado para el cultivo de jitomate, el cual aprovechara al máximo
los métodos para el cultivo que beneficiara al jitomate, sociedad y agricultor.

7. 6
3 DESARROLLO
3.1 LA AUTOMATIZACIÓNDEINVERNADEROS
En los invernaderos automatizados de nivel tecnológicos alto se incluyen
instalaciones con sensores y actuadores para controlar el riego. Un ejemplo son los
temporizadores o timers, que se propagan para encender y apagar bombas, así
como foto celdas para apagar y encender luces, o sensores para operar
calentadores y otros dispositivos similares. Algunos invernaderos automatizados
tienen actividades controladas por computadora. (Bojorquez, 2008).
Los sistemas automatizados proporcionan cierta independencia en el manejo de los
cultivos ya que se tiene el control de aspectos vitales, sin la dependencia de os
operadores, que está en función de las variaciones ambientales y su efecto sobre
las condiciones internas. (Garrido, ptolomeo, 2011)
3.2 ESTRUCTURA DEL INVERNADERO “BRUTUS”.
El Invernadero con estructura en forma de dientes de sierra cuenta con una
techumbre inclinada en ángulos que varían de 5° y 15°, con material de hierro
templado para evitar que presenten corrosión y evitar el mantenimiento cada año.
En la estructura del diseño del invernadero se prevé la evacuación de las lluvias,
para evitar que entre el agua al interior del invernadero, la ventilación de este
invernadero es excelente, ya que a la ventilación por la cenital que tiene por encima
en forma de dientes de sierra, el cual ayuda a capturar las corrientes del viento para
hacer circularlo dentro del invernadero de forma uniforme, con un revestimiento de
placa semirrígida con malla sombra por debajo del techo para no dejar pasar del
todo la luz del sol, con unas dimensiones de 4,50 m de alto x 7 m de ancho y 40 m
de largo, para tener espacio en el área de control y almacenado de agua y el resto
para el cultivo del jitomate.

8. 7
3.3 SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DEL INVERNADERO
En el invernadero el sistema de control automático integra el control de temperatura,
control de humedad, control de fertirriego, fumigado, iluminación y ventilación de
manera que el trabajador únicamente supervise el funcionamiento y el desarrollo de
la planta, por lo que los elementos integrados en el sistema de control son los
siguientes:
 Programa por Arduino.
 Iluminación.
 Control de temperatura.
 Ventilación.
 Control de humedad.
 Sistema de riego.
 Sistema de fumigado.
Este sistema de control esta instalado dentro del invernadero en un área de 7m de
ancho por 5 metros de largo.
3.4 PROGRAMA POR ARDUINO.
El dispositivo Arduino es una plataforma de hardware libre accesible y ampliamente
utilizada para toda clase de sensores y actuadores mecánicos, así como proyectos de
robótica y domótica. (Damian, 2012)
El invernadero “BRUTUS” usa un Arduino Mega 2560 (figura. 1), dotado de un
microcontrolador ATmega 2560, este controlara las entradas y salidas de las condiciones
que va a ejecutar.
Los sistemas que interactúan con el Arduino son el array de los sensores, de donde
se toman las lecturas de la temperatura, humedad, PLC´s en el escritorio, desde la
que se reciben las órdenes a ejecutar en los sistemas de riego y ventilación y hacia
las que se envía la información de las lecturas mediante paquetes de datos.
El operario solo tiene que ingresar sus entradas y salidas de lo que quiere realizar
y que duración tendrá este, si el sistema que ejecuta el proceso sufre algún

9. 8
desperfecto se mandara una advertencia activando un led rojo en un tablero y en
pantalla donde está el desperfecto.
Figura: 1 Arduino Mega, (Damián 2012) 1
3.5 CONTROL DE ILUMINACIÓN.
La iluminación en un invernadero es fundamental para el cultivo de jitomate ya que
para los días lluviosos o fríos la iluminación artificial aumenta la temperatura, HR y
el CO2, para la fotosíntesis de la formación de cultivo de jitomate. (Molina, 2005)
Para la iluminación se utilizará lámparas de incandescencia estándar de una
potencia aproximada de 100 watts sobre una rejilla, la iluminación será controlada
por fotoceldas las cuales encenderán las lucen cuando sea de noche, y se apagaran
en cuanto este de día.
Una fotocelda (Figura.2) es una resistencia, varía ante las variaciones de la luz.
Estas resistencias están construidas con un material sensible a la luz, de tal manera
que cuando la luz incide sobre su superficie, el material sufre una reacción química,
alterando su resistencia eléctrica. La fotocelda estará integrada en el circuito de la
lampará siendo integradas en la parte de afuera del invernadero para que capture
mejor la luz.

10. 9
Figura. 2 fotocelda, (247 Tecno, 2017) 1
3.6 CONTROL DE TEMPERATURA.
La temperatura óptima para el desarrollo del cultivo de jitomate esta entre 18 y 30°C,
como promedio, las máximas no deben sobrepasar de 37°C y las mínimas no deben
ser inferiores a 12°C ya que puede afectar a la plantación.
La temperatura nocturna puede ser determinantes en el cuaje de frutos, ya que,
cuando es inferior a los 10°C originara problemas en el desarrollo de la planta y sus
frutos, se recomienda que oscile entre 15 y 20°C, para evitar deformaciones.
(Instituto de desarrollo agrepecuario, 2017)
Se hiela la planta -2°C
Detiene su desarrollo 10-12°C
Desarrollo normal de la planta 18-25°C
Mayor desarrollo de la planta 21-24°C
Germinación optima 25-30°C
Temperaturas optimas
Desarrollo Diurna
Nocturna
Floración Diurna
Nocturna
Maduración
23-26°C
13-16°C
23-26°C
15-18°C
15-22°C
Tabla 1. Temperaturascríticaspara el cultivode tomate, (Institutode desarrolloagrepecuario,
2017)

11. 10
Para el control de la temperatura de manera automático utilizara sensor PT100
WTR110 (Figura.3 ) de temperatura, este estar ubicado en el centro del invernadero
“BRUTUS”, funciona mediante dispositivos electrónicos que generan una corriente
o señal en función de la temperatura, mandando estas señales al sistema de control
del invernadero para que este tome la decisión de abrir los paneles del invernadero
y regular la temperatura si esta alta o baja, en todo caso si no se normaliza se
activara el sistema de ventilación para hacerlo, de esta forma se tienen dos opciones
para el normalizado de la temperatura en caso de que uno falle.
Figura. 3 sensor PT100, (PCE, 2018) 1
3.7 SISTEMA DE VENTILACIÓN.
El sistema consiste en la instalación y distribución de una serie de ventiladores
Helicoidales en la superficie del invernadero, su finalidad es normalizar la
temperatura del invernadero dando ingreso de aire fresco y sacando el aire caliente
y húmedo.
Estos sistemas de ventilación mediante extractores generan unas corrientes de
aire que atraviesan el cultivo evitando exceso de humedad (bajas temperaturas) y
aumentan la transpiración (altas temperaturas), estando instalados dentro de un
cajón silenciador que centra su posición a la altura de las plantas a continuación
(Figura.4)

12. 11
Figura. 4 ventilador, (envergo. ventilador 2012)
En caso de no ser necesarios y para ahorrar energía se abrirá dos ventanas del
invernadero con sensor final de carrera para su control automático, para ello se ha
seleccionado el modelo que WL de doble duración, el funcionamiento es que
manejara dos casos el modo positivo que es el que cerrara las ventanas y el modo
negativo el que las abrirá, esto lo hará el cabezal de WL de doble duración.
(observe la figura 5)
Figura. 5 sensor de Final de carrera, (Dany_8520, 2011)

13. 12
Este es el WL de doble duración, nos ofrece un contacto abierto para la detención
del recorrido del motor de apertura de ventanas .se han dispuesto dos de estos
sensores para que se abran y cierre al mismo tiempo.
3.8 CONTROL DE HUMEDAD.
El desarrollo del tomate requiere que esta oscile entre 60% y 80%, considerando
que humedades relativas muy elevadas favorecen el desarrollo de enfermedades
fungosas y bacterianas, además, dificultan la fecundación, debido a que el polen se
compacta abortando partes de las flores. (Mendez, 2011).
Para cuantificar la humedad dentro del invernadero está ubicado en el centro del
invernadero un sensor capacitado para determinar la humedad relativa en el
invernadero. Basados en una cedula capacitiva, el sensor Hsl 100 (figura. 6) ubicado
en el invernadero tienes características como un tiempo de respuesta rápida, alta
fiabilidad y largo tiempo de estabilidad la forma en que trabajara es en un rango de
humedad de 1-99%, pero el rango para el cultivo es de 60-80% si es inferior o
superior, mandara una señal al sistema de control pidiéndole que active los
ventiladores para normalizarse.
Figura. 6 sensor de humedad, (inc. or its affiliates,1996-2018)

14. 13
3.9 SISTEMA DE RIEGO.
El riego por goteo es un sistema eficiente (hasta el 90-95% de eficiencia) para
aplicar el agua a los cultivos, ya que permite suministrar el agua gota a gota
formando un bulbo de humedad en forma radicular, un sistema recomendable para
la fertiirrigación, ya que los fertilizantes son agregados en la zona de mayor cantidad
de raíces absorbentes.
El invernadero “BRUTUS” tendrá instalado el sistema por goteo (Figura.8)
añadiendo el fertilizante que esta conformado por dos líneas laterales los cuales son
el tubo de plástico pequeño combinados con goteros, para ello se contara con dos
tanques (Figura.9) de almacenamiento de agua y el fertilizante por cada uno, para
el control de estas variables se integrara con un dispositivo de control PLC S7-
200(Figura.10) ya programado con las instrucciones a realizar en el sistema de
software Simatic de lógica proposicional en lenguaje Ladder.
Las condiciones que se integraran al programa del PLC se establecerán
dependiendo del tiempo que tendra el riego en las plántulas, en este se enlazara el
sensor de humedad, ya que el determinara el tiempo de riego y indicara al operario
si la plántula necesita agua enviándole un mensaje al programa Arduino, para que
active un led de color rojo indicándole al operario que active el sistema de riego en
el programa. Por otra parte, el operario le pedirá al sistema que active el sistema de
riego, activando la bomba para que este mande agua por los tubos de plásticos
llegando a los goteros, el sensor de humedad (figura.7) definirá el tiempo de riego
en el sustrato esto para que lleve el mismo nivel de agua todas las plántulas.
Figura. 7 sensor de humedad, (BricoGeek, 2018)

15. 14
Figura. 8 sistema por goteo, (jardineria plantas y flores, 2013)
Figura. 9 tanques de almacenamiento. (Can Stock Photo Inc., 2018)

16. 15
Figura. 10 PLC S7-200, (indimart, 1996-2018)
3.10 SISTEMA DE FUMIGADO.
En el sistema de fumigado el proyecto “BRUTUS” tendrá instalado una línea de tubo
de plástico de ½ pulgadas, con aspersores integrados uno por cada plántula de esta
forma se tendrá mayor alcance, estos estarán ubicados a 2.50 metros sobre las
plántulas, al igual que el sistema de riego estará controlado por el PLC S-7 200 para
que el sistema del invernadero lo controle desde el programa.
Esto para mantener el cultivo libre de las plagas y enfermedades que puedan
adquirir las plántulas y utilizar menor mano de obra, el operario seleccionara la
opción de fumigado y el invernadero ejecutara las condiciones activando la bomba
para suministrar la solución ya integrada en el tanque para el fumigado con la
solución, la solución pasara por los tubos de plástico llegando a los aspersores y
dándole una lluvia de la solución a la plántula con duración establecida por el
operario, con esto se disminuye el tiempo de fumigado por el obrero.

17. 16
Figura. 11 serie de aspersores, (depositphotos, 2009-2018)

18. 17
4 CONCLUSIÓN.
En resumen “BRUTUS” es un invernadero que hace mas eficiente el trabajo que
realiza un trabajador en el cultivo de jitomate por medio de la automatización.
A si mismo podrá ser adaptado a cualquier tipo de cultivo para que tenga más
accesibilidad para los agricultores.
Además, reduce la mano de obra y aumenta su efectividad en el cultivo y lo realiza
en menor tiempo.

19. 18
5 Bibliografía
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20. 19
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es/blog/sensor-temperatura/

21. 20
6 APÉNDICE
6.1 ENTREVISTA para profesionista
Titulo: Invernadero “BRUTUS” para el cultivo de jitomate
Entrevistador(a): Christopher Malagon Escutia
Entrevistado (a): ING. Jorge Maldonado Barrera
Cargo: Profesor del CETis No.150
OBJETIVO:
Incorporar elementos fundamentales por medio de métodos adquiridos para
desarrollo del invernadero “BRUSTUS” para el cultivo de jitomate.
1) ¿Cómo se puede mejorar el sistema de ventilación para menor consumo de
energía eléctrica?
2) Para el control de las variables de temperatura y humedad ¿Qué
microcontrolador se adecua mejor a “BRUTUS”?
3) ¿Qué sensor es mas apropiado para controlar la temperatura dentro del
invernadero?
4) Para el sistema de ventilación ¿Qué temporizador es mas adecuado para
controlar el tiempo de encendido del ventilador? ¿Por qué?
5) Para controlar el sistema de riego por goteo ¿Qué tipo de PLC recomienda?
¿Por qué?
6) ¿Qué tipo de sensor es mas apropiado para el control de humedad del
sustrato de la planta?
7) ¿Qué tipo de Arduino se podrá adecuar al invernadero “BRUTUS”?

22. 21
6.2 Entrevista para cliente potencial
Título: Invernadero “BRUTUS” para el cultivo de jitomate.
Entrevistador (a): Christopher Malagon Escutia.
Entrevistado (a): Francisco Javier Noguez Martínez.
Cargo: Agricultor.
Objetivo: Incorporar elementos fundamentales permitan ser más accesible y viable
en el mercado tomando los puntos de vista del cliente.
1) ¿Cómo te beneficiara el sistema automático de invernadero “BRUTUS”?
2) ¿Cómo beneficiaria el tiempo de producción del invernadero en tu cosecha
de jitomate?
3) ¿Cuánto dinero estas dispuesto a pagar por metro cuadrado por el
invernadero “BRUTUS”?
4) ¿Qué es lo que se te dificultaría en tu cultivo si adquieres el invernadero
“BRUTUS”? ¿Por qué?
5) ¿Qué problemática te resolvería el sistema de riego del invernadero?

23. 22
6.3 MAPA SEMÁNTICO
Invernadero “BRUTUS” para el
cultivo de jitomate.
Producción
de plántulas
 Material
 Diseño
 Dimensiones
 Vidaútil
Sistemade
control
 Programa porArduino
 Condicionesparaejecutar
 Diseño
 Dimensiones
Arduino
 Arduino1
 Duemilanowe
 Diecumila
 Nano
 Mega
 Lilypad
 Fio
 Mini
 Pro mini
 Siembra
indirecta
 Siembra
directa
Estructura
Enfermedades
 Pudrición
 Diseminación
 Control
 Tizóntemprano
 Oído
 Cancro bacteriano
Plagas
 Mosquitablanca
 Polillade tomate
 Mosca minadorade
laschascras
 Gusanoscortadores
Sistemade riego
 Sensorde humedad
 Tubosde plástico
 Almacenamiento
 Bomba
 Goteros
 PLC
Sistemade fumigado
 Tubosde plástico
 Almacenamiento
 Bomba
 Aspersores
 PLC
PLC
 Banda baja
 Banda estrecha
 Compacto
 Grande
 Mediano
 Grande
 Micro
 Nano
 Pequeño
 PLC S-7 200
Sistemade
ventilación
 Helicoidales
 Radicales
 Tangenciales
 Centrífugos
 Moto turbinas
 Recuperador
de calor
 Ventiladores
 Caja de
soporte

Control de
temperatura
 Sensor
 Arduino
Control de
humedad
 Sensor
 Arduino
sensores
iluminación
 Contacto
 Ópticos
 Térmicos
 Humedad
 Magnéticos
 Inflarojos
 Lámparas
 fotocelda
fotoceldas
 Colay
 multiplica
dores