Sistemas de Cultivo

Sistema de monitoreo basado en la internet de las cosas para la acuaponia

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By Milthon Lujan

El tiempo que emplea el acuicultor en monitorear y restablecer los parámetros a los niveles óptimos es una limitante importante en los sistemas de acuaponia.

Asimismo, es un ejercicio tedioso reponer el oxígeno, mantener la temperatura y los niveles de agua o fertilizar las plantas con frecuencia; parámetros que son de suma importancia para garantizar el crecimiento o la salud de los peces y las plantas.

Para superar este proceso complejo y lento de monitorear manualmente la salud de las plantas y los peces en un sistema acuapónico, diversos investigadores han propuestos sensores automáticos.

Un equipo de investigadores de la University of the West of Scotland y de la Universitat de Valencia diseñaron un sistema inteligente de monitoreo de la salud que facilita que los sensores implementados midan y transmitan con precisión datos sobre una variedad de métricas como el pH, la temperatura, el nivel del agua y el oxígeno disuelto, en tiempo real.

Las principales contribuciones del estudio están relacionadas con el desarrollo de un sistema completo de internet de las cosas (IoT) habilitado para 5G con la finalidad de monitorear completamente el rendimiento de las granjas de acuaponia.

En resumen, el sistema basado en internet de las cosas mejora el estado del arte y contribuye a la mejora de los sistemas existentes en los siguientes aspectos:

  • Comunicaciones habilitadas para un área amplia (>1 km2, utilizando NB-IoT, LTE-M y LoRa/LoRaWAN);
  • El sistema combina una mayor cantidad de sensores, en comparación con el estado del arte, para caracterizar mejor el entorno estudiado;
  • El sistema permite el monitoreo en tiempo real y un bajo consumo de energía;
  • El sistema es rentable y permite una alta modularidad.

Propuesta de monitoreo de la acuaponia basado en IoT

La propuesta y desarrollo de una arquitectura de sistema de internet de las cosas para el monitoreo de la salud en acuaponia es de gran utilidad para la industria de las piscifactorías, debido a que la automatización en el cuidado y explotación de los peces permite una mejora en la producción.

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El sistema propuesto por los investigadores incluye un farmhouse que alberga un monitor, enlace WiFi, teclado, mouse y cada de gateway. Asimismo, se considera una cama de cultivo; el enlace inalámbrico de 1 km2; una caja de sensores con un grupo de sensores desplegados en el campo, donde diferentes tipos de sensores serán desplegados en los tanques de los peces; el sumidero; y los filtros.

La puerta de enlace de sensores también permite la conexión a otras infraestructuras a través de WiFi o LTE-M/NB-IoT. Esta infraestructura permite la conexión al CORE y Cloud, y la monitorización desde una estación remota/doméstica.

Diseño de sensores para monitorear el agua

Los sensores son dispositivos desplegados en los sistemas de acuaponia para recolectar datos en tiempo real sobre la temperatura, la humedad, el pH, el oxígeno disuelto, los sólidos disueltos totales, el nivel del agua, etc.

Un diseño detallado de los sensores referido como WaterMon fue elaborado por los investigadores.

“El diseño del sistema de monitorización se ha pensado para implementarse en una placa PCB de cuatro capas especialmente diseñada para los fines de este trabajo”, reportan.

WaterMon permite monitorear 11 diferentes métricas de calidad del agua. WaterMon ha sido diseñado para proveer conectividad a LoRa, LoRaWAN, y las redes 5G mediante el soporte de las nuevas tecnologías IoT, LTE-M y NB-IoT, y tecnologías de bajo perfil como WiFi y Bluetooth.

Arquitectura propuesta para el sistema de monitoreo en la acuaponia. Fuente: Alselek et al, (2022)
Arquitectura propuesta para el sistema de monitoreo en la acuaponia. Fuente: Alselek et al, (2022)

Resultados

“El desarrollo de este sistema de acuaponia basado en la internet de las cosas tiene un potencial de futuras aplicaciones”, destacan.

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Una de las primeras pruebas realizadas es la prueba funcional, que nos ha permitido lograr un buen rendimiento en un entorno local y en red. “Esta prueba ha tenido éxito y ha mostrado un buen rendimiento para las partes de comunicación y detección”.

Conclusiones

“El estudio resume el trabajo realizado en el desarrollo y prueba de un sistema completo para monitorear la salud en la acuaponia”, describen.

Según los investigadores, sus resultados les permiten comprobar que los sistemas de monitorización existentes en el estado del arte no se ajustan a los requisitos para monitorizar el ciclo de vida completo de la acuaponia.

“El sistema propuesto mejora el estado del arte en términos de tecnología de comunicación debido a que involucran comunicaciones 5G, pero para la comunicación de largo alcance utilizan LoRa en los nodos y Gateways con LTE-M/NB-IoT para establecer conectividad a Internet”, concluyen.

Asimismo describen que los procesos que consumen más tiempo están relacionados con la detección y compensación, que oscilan entre 0,9 s y 1,5 s para los sensores digitales y 0,3 s para los analógicos. “Todo el período de detección dura alrededor de 7,5 s en promedio, con nueve sensores”, reportaron.

Finalmente, la arquitectura del hardware también fue diseñada para mejorar el rendimiento energético y reducir el consumo de energía, lo que permite una extensión de la vida útil de la batería de alrededor del 70%.

La investigación fue financiada por Innovate UK Agri-Tech Catalyst Round 8 (Cost-effective aquaponic solutions for developing farmers in Rwanda—CASDFR) y la University of Valencia.

Referencia (acceso libre)
Alselek, Mohammad, Jose M. Alcaraz-Calero, Jaume Segura-Garcia, and Qi Wang. 2022. «Water IoT Monitoring System for Aquaponics Health and Fishery Applications» Sensors 22, no. 19: 7679. https://doi.org/10.3390/s22197679

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