AUTOMATIZACIÓN EN LA MEDICIÓN DE TEMPERATURA PARA LA
CAMARONICULTURA DE AGUA DULCE: CASO HUAQUILLAS.
Jorge David Herrera Sarango
Instituto Superior Tecnológico Huaquillas
jdherrera@isthuaquillas.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-0407-730X
Cristian Stalin Sancho López
Instituto Superior Tecnológico Huaquillas
cssancho@isthuaquillas.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-2974-5896
Víctor Fernando Herrera Sarango
Instituto Superior Tecnológico Huaquillas
vfherrera@isthuaquillas.edu.ec
https://orcid.org/0009-0004-1231-2455
Marcia Maribel Aguirre Ochoa
Instituto Superior Tecnológico Huaquillas
maaguirre@isthuaquillas.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-8799-249X
Autor
para correspondencia: jdherrera@isthuaquillas.edu.ec
Recibido: 05/07/2024 Aceptado: 20/08/2024 Publicado:
22/09/2024
Resumen
La
presente investigación ha sido desarrollada con el fin de brindar una solución
tecnológica en la crianza del camarón en la cuidad de Huaquillas - Ecuador
considerando que la producción de camarones en cautiverio, es una actividad de
cultivo que se realiza en un medio acuático, que con ayuda tecnológica busca el
desarrollo del camarón para consumo humano y a la vez, evitar las grandes
pérdidas económicas sufridas por este sector productivo, como resultado de
múltiples enfermedades que afectan a sus criaderos, entre las que tenemos
enfermedades producidas por las variaciones intempestivas de temperatura en las
piscinas del cultivo. Para lograr este cometido, las condiciones ambientales
deben ser las adecuadas para garantizar la supervivencia, producción y el buen
cultivo del camarón. Se desarrolló un prototipo para el registro de temperatura
en las piscinas de camarones de agua dulce. Este dispositivo monitorea
constantemente las condiciones ambientales y emite alertas sonoras y mensajes
de texto en caso de detectar variaciones fuera de los parámetros óptimos. La
importancia radica en la contribución para la automatización del proceso de
mediciones de temperatura en una camaronera logrando reducir la dependencia del
factor humano en el proceso incrementando la frecuencia y precisión para el
control y monitoreo, como resultado se obtuvo que el prototipo demostró ser
efectivo en la detección y alerta temprana de cambios de temperatura que
podrían afectar el cultivo de camarones.
Palabras clave: Camaronicultura, automatización,
medición de temperatura, prototipo.
AUTOMATION IN TEMPERATURE MEASUREMENT
FOR FRESHWATER SHRIMP FARMING: HUAQUILLAS CASE
Abstract
The present investigation has been developed with the
purpose of providing a technological solution in shrimp farming in the city of
Huaquillas - Ecuador, shrimp production in captivity is a farming activity
carried out in an aquatic environment, which with technological help seeks the
development of shrimp for human consumption and at the same time, avoids the
great economic losses suffered by this productive sector, as a result of
multiple diseases that affect their farms, among which we have diseases produced
by the untimely temperature variations in the farming pools. In order to
achieve this, environmental conditions must be adequate to guarantee the
survival, production and good cultivation of shrimp. A prototype was developed
to record temperature in freshwater shrimp ponds. This device constantly
monitors the environmental conditions and emits sound alerts and text messages
in case of detecting variations outside the optimum parameters. The importance
lies in the contribution to the automation of the temperature measurement
process in a shrimp farm, reducing the dependence on the human factor in the
process and increasing the frequency and precision of control and monitoring,
it can be concluded that the automation of the temperature measurement process in
freshwater shrimp farms represents a significant advance in the aquaculture
industry.
Keywords: Shrimp
farming, automation, temperature measurement, prototype.
Introducción
El sector productivo camaronero
es una de las principales fuentes económicas de ingreso en el Ecuador, durante
los años 2020, 2021 y 2022, siendo uno de los principales productos de
exportación. De acuerdo a los lineamientos establecidos por la (Organización de
las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2020) para el “ciclo vital del camarón se considera
cuatro factores importantes como: temperatura, oxígeno, nitrito y alcalinidad”.
El sector camaronero de agua
dulce en el cantón Huaquillas enfrenta importantes desafíos que limitan su
desarrollo y competitividad. Entre las problemáticas más destacadas se
encuentran la carencia de inversión en tecnología y la falta de automatización en
los procesos críticos de la crianza del camarón. Esta situación se agrava por
el limitado manejo de tecnología por parte del personal encargado de las
actividades cotidianas, lo que resulta en una gestión subóptima de las
piscinas.
Ante esta realidad, surge la
necesidad de desarrollar soluciones tecnológicas que sean accesibles y
adaptables a los recursos disponibles en el sector. En este contexto, la
presente investigación tiene como objetivo principal diseñar y desarrollar un
prototipo para la automatización de la medición de temperatura en las piscinas
de camarón de agua dulce, utilizando tecnologías de información. Esta solución
busca no solo optimizar el control de esta variable crítica, sino también
facilitar su uso por parte del personal.
Para alcanzar este objetivo, se
empleó una metodología experimental y de campo, la cual se dividió en dos
etapas principales. En la primera etapa, se realizó la simulación de los
circuitos electrónicos mediante el uso del software Proteus, versión 8.8, con
el fin de validar el diseño del circuito y la integración de los sensores y
actuadores necesarios.
Una vez concluida la simulación,
se procedió a la segunda etapa, que consistió en la implementación física del
circuito y la realización de pruebas de funcionamiento. Los resultados
obtenidos demostraron que, al incrementar la frecuencia de registro de la
temperatura, se logra un control más preciso de esta variable en comparación
con los métodos manuales tradicionales.
De acuerdo con Pintado (2018) en el Ministerio de
Acuacultura y Pesca en el Ecuador “existen 1481 camaroneras registradas y
aprobadas por este ministerio, de las cuales en el cantón Huaquillas existen
75”.
Para la presente investigación se tiene como
población a las camaroneras del Cantón Huaquillas ubicadas en la Provincia de
El Oro. Para el muestreo se usó el método no probabilístico del tipo
intencional debido a la herramienta que se utilizó para la recolección de
datos, debido a que es complicado acceder a estos lugares y más aún que brinden
información sobre los procesos que manejan para la respectiva producción y
además se entrevistó al propietario y los encargados de la camaronera.
Metodología de campo
“Esta reúne información necesaria recurriendo
fundamentalmente al contacto directo con los hechos o fenómenos que se
encuentran en estudio” (Pérez Garcia & Rodríguez
Lavayen, 2016)
Este tipo de investigación es la ideal para la
recopilación de información, algunos de los métodos que se utilizan en este
tipo de metodología son: entrevistas, cuestionarios o la observación directa.
Metodología experimental
De acuerdo con Hernández et al. (2010) para validar
un experimento se deben cumplir 3 requisitos:
El primer requisito es la manipulación intencional
de una o más variables independientes.
El segundo requisito consiste en medir el efecto que
la variable independiente tiene en la variable dependiente. Esto es igualmente
importante y como en la variable dependiente se observa el efecto, la medición
debe ser válida y confiable.
El tercer requisito que todo experimento debe
cumplir, es el control o la validez interna de la situación experimental. El
término “control” tiene diversas connotaciones dentro de la experimentación.
Sin embargo, su acepción más común es que, si en el
experimento se observa que una o más variables independientes hacen variar a
las dependientes, la variación de estas últimas se debe a la manipulación de
las primeras y no a otros factores o causas; y si se observa que una o más
independientes no tienen un efecto sobre las dependientes, se puede estar
seguro de ello.
El desarrollo de este proyecto se centró en la
creación e implementación de un prototipo de automatización para la medición de
temperatura en camaroneras de agua dulce. El enfoque se dividió en las
siguientes etapas clave:
1. Diseño y Simulación del Prototipo:
Diseño
del Circuito Electrónico: Se diseñó el circuito electrónico utilizando el
software Proteus versión 8.8. Este software permitió realizar simulaciones
previas al ensamblaje físico del prototipo, validando la integración de los
sensores, actuadores, y otros componentes electrónicos necesarios.
Pruebas de Simulación: Durante la simulación, se
evaluaron las conexiones de los sensores y actuadores en diferentes escenarios
para garantizar el correcto funcionamiento del sistema antes de la implementación
física.
2. Implementación Física del Prototipo:
Ensamblaje
del Prototipo: Una vez validadas las simulaciones, se procedió al ensamblaje
físico del prototipo. Se integraron los componentes previamente simulados,
incluyendo el sensor de temperatura DS18B20, la pantalla LCD 20x4, el buzzer para las alertas sonoras, y el módulo SIM900 para el
envío de mensajes de texto.
Alojamiento
en Caja Impresa en 3D: Para proteger y organizar los componentes electrónicos,
se diseñó y fabricó una caja personalizada mediante impresión 3D. Este diseño
permitió un montaje seguro y accesible de todos los componentes.
3. Pruebas de Funcionamiento:
Pruebas
de Campo: El prototipo se instaló en una camaronera de agua dulce, donde se
realizaron pruebas de funcionamiento bajo condiciones reales. Durante estas
pruebas, se monitorearon las variaciones de temperatura en la piscina de
camarones.
Automatización
del Control de Temperatura: Se verificó el correcto funcionamiento del sistema
de alarmas y del envío de mensajes de texto cuando las temperaturas superaban
los límites preestablecidos (menores a 26°C o mayores a 32°C). Asimismo, se
evaluó la capacidad del sistema para registrar datos de temperatura de manera
continua en una tarjeta micro SD.
4. Evaluación de Resultados:
Almacenamiento y Análisis de Datos: Los datos
recopilados durante las pruebas fueron almacenados para su análisis posterior.
Se verificó la integridad de los registros y la precisión en la detección de
cambios de temperatura.
Validación del Prototipo: Los resultados mostraron
que el prototipo es efectivo en la detección temprana de cambios de
temperatura, permitiendo una intervención oportuna y reduciendo la dependencia
del monitoreo manual.
Figura 1. Esquema de conexión del prototipo
Nota: en la figura se puede
apreciar las posibles conexiones necesarias para el desarrollo del prototipo
Sensor de Temperatura ds18B20.-
Permite realizar la toma de datos de la temperatura del agua en donde se
encuentre los camarones.
Pantalla LCD 20x4.- Consiste en
presentar el resultado de la toma de datos del sensor adicional a esto se presentará
un mensaje de alerta cuando de desfase de los rangos establecidos.
Buzzer. – Se activa la alarma
sonará cuando se incumpla con los rangos establecidos, permitiendo dar aviso a
las personas que se encuentren cerca de la piscina de camarones y no tengan
disponible su teléfono móvil.
Shield SIM 900.- Realiza envío de
mensajes de texto a la persona encargada de la camaronera, sobre las alarmas de
temperatura adicional a la sonora que se la explico anteriormente.
Almacenamiento Micro SD. -
Almacena los datos de medición de temperatura en una micro SD para tener un
respaldo de estos datos y posteriormente realizar una estadística de estos
datos para poder realizar predicciones.
Plataforma Arduino. – Mediante
esta plataforma se realizará la integración de cada uno de los elementos del
hardware.
Proteus. – Este software de
simulación nos permitirá ir realizando pruebas previo la implantación del
proyecto
Simulación
e implementación del prototipo.
En este apartado se detalla los
pasos que se siguieron para el funcionamiento del proyecto como es su
simulación, implementación y pruebas de funcionamiento del proyecto que se está
desarrollando
Previo a la implementación del
esquema del proyecto mencionado anteriormente se ha trabajado con simulaciones
en Proteus de cada uno de los elementos del hardware y de igual manera se los
ha integrado.
Figura 2. Simulación del prototipo en
Proteus 8.8
Nota: Como se puede observar en
la figura 2 se ha realizado la integración de los siguientes elementos: Buzzer,
micro SD, LCD 20x4, RTC 3232, Sensor de temperatura y un generador de señal.
Con lo cual se ha simulado las conexiones y se ha comprobado el funcionamiento
del código programado en Arduino.
En este apartado se detalla de
manera fotográfica como fue el proceso para armado del primer prototipo del
proyecto y se implementará de manera real las conexiones realizadas en el
apartado de simulación
Tabla
1. Elementos del proyecto
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Adaptador Micro SD |
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RTC 3231 |
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Módulo SIM 900 |
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Arduino Mega Mini |
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Buzzer |
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Sensor de temperatura |
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Cables de Conexión |
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Nota:
Detalle de los elementos usados e implementados en el proyecto
En
la tabla 1 se presenta los elementos principales que se utilizaron para el
desarrollo del proyecto los cuales de conectados de una manera adecuada
permitirán la medición de temperatura del agua, almacenamiento de datos en
tiempo real y envió de MSM de igual manera una alerta sonora.
A
continuación se presentará el armado del proyecto en una caja realizada en
impresión 3D personalizada respectivamente para el proyecto.
Figura 3. Primeras pruebas de
funcionamiento del prototipo
Nota:
Se muestra las primeras pruebas de funcionamiento y conexiones del
prototipo
Figura 4. Conexiones del prototipo en placa
microperforada
Nota:
Conexiones de componentes en placa microperforada
Figura 5. Diseño en 3d para colocar el
prototipo
Nota:
Se presenta el diseño en 3d realizado en fusión 360 de la caja en donde se
colocará la parte electrónica del prototipo.
Figura 6. Acoplamiento de módulos del
proyecto
Nota:
Armado de cada uno de los componentes del proyecto en la caja impresa en 3D
Figura 7. Armado del prototipo
Nota:
Ensamblado de los componentes electrónicos con la impresión 3D
Figura 8. Presentación final del prototipo
Nota:
Presentación final del prototipo para la medición de temperatura de una piscina
de camarones
El registro de temperatura de
cada uno de los datos almacenados en la MicroSd en
condiciones normales es cada 10 minutos como se observa en la figura 9, sin
registrar perdida de información. Se realizó pruebas de funcionamiento con
11225 registros obteniendo como resultado que al existir una variación en los
parámetros de temperatura establecidos se envía un mensaje de texto para
alertar a la persona encargada de la camaronera como se puede observar en la
figura 11 y de esta manera se logra automatizar el control y monitoreo de la
temperatura de la piscina de agua dulce.
Figura 11. Registro de temperatura con el
prototipo
Figura 10. Recepción de mensaje de texto
Realizado el levantamiento de
información sobre la crianza del camarón en agua dulce, se evidenció la
viabilidad de la investigación aplicando métodos tecnológicos que cubren la
necesidad del sector camaronero, se evidenció que la temperatura es un factor
de riesgo en varias etapas de la crianza del camarón, debido a esto se debe
llevar un control de esta variable ya que incide en la sobrevivencia del
camarón.
En las camaroneras del cantón
Huaquillas, se realiza el registro de la temperatura con poca frecuencia y de
forma manual, lo que disminuye la precisión y oportunidad de acción en los
cambios registrados. Las alternativas previamente desarrolladas para mejorar el
control de temperatura, incluyen un alto conocimiento tecnológico por parte de
quienes son los encargados de la toma de los datos, como una fuerte inversión
económica, estas soluciones no se adaptan a las camaroneras de la zona que son
consideradas medianas y pequeñas y tienen por ende limitada accesibilidad de
recursos para destinarlos a tecnología.
Conclusiones
El prototipo desarrollado
representa un avance significativo hacia la automatización del control de
temperatura en las camaroneras de agua dulce en el cantón Huaquillas. Al
incrementar la frecuencia de medición y mejorar la precisión de los datos
obtenidos, se optimiza la gestión de esta variable crítica, adaptándose a las
condiciones tecnológicas y de recursos disponibles en el sector.
Las pruebas realizadas
demostraron que el prototipo cumple con las funcionalidades esperadas, como el
control y monitoreo eficiente de la temperatura. Estos resultados validan su
potencial para mejorar la productividad y sostenibilidad del sector camaronero
al ofrecer una solución accesible y adaptable a las necesidades locales.
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