El internet de las cosas ha permitido la implementación de avances tecnológicos en áreas acuícolas en el mundo, abriendo oportunidades para insertar sistemas controlados de forma remota, los cuales pueden ser una herramienta poderosa de soporte al brindar nuevas soluciones con diferentes enfoques, en particular, en el monitoreo de los parámetros de calidad de agua en la producción del camarón en Ecuador.
El agua es el medio natural de vida de los camarones, consecuentemente la calidad de esta es decisiva en su desarrollo, es decir, es el entorno donde esta especie crece y se reproduce, por tanto, es muy importante para quienes se dedican a la producción de camarones conocer la calidad del medio de vida que proporcionan a sus cultivos (Carchipulla Leal, 2018).
La falta de automatización, control o mediciones erróneas de los parámetros del agua en las piscinas camaroneras afectan en gran medida la calidad del camarón. El mayor problema para los organismos acuáticos es obtener suficiente oxígeno, debido a su baja solubilidad en el agua (Zucchi, 2017), disminuyendo el crecimiento y desarrollo del camarón.
Ecuador es el principal exportador de camarón en Latinoamérica y forma parte de los más importantes a escala mundial, llegando a países como China (49%), Estados Unidos (20%), España (7%), Francia (5%) e Italia (4%), convirtiéndose en un rubro relevante en el producto interior bruto total del país.
Sin embargo, la mayoría de las camaroneras de la región costera de Ecuador realizan la medición de los parámetros del agua en forma manual (Dupont, 2018), además de carecer de infraestructura que conste de un hardware/software de toma y monitoreo de estos en las piscinas de cría de camarón, generando un control poco eficiente y sin margen de respuesta para prevenir algún problema que se presente, debido a la lectura tardía de estos parámetros.
“El internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) es la red de dispositivos que se encuentran interconectados entre sí, o con internet, la cual permite que los mismos compartan información, tanto captada por sensores o generada por actuadores, además de su manipulación remota.”
El IoT ha permitido la implementación de avances tecnológicos en áreas acuícolas en el mundo, abriendo oportunidades para insertar sistemas controlados de forma remota. Los sistemas de monitoreo integrados en los procesos acuícolas pueden identificar cambios en comportamientos de crecimiento y parámetros ambientales, influyendo directamente en la producción acuícola.
En este sentido, el IoT puede ser una herramienta de soporte al brindar nuevas soluciones con diferentes enfoques, en especial, en el monitoreo de los parámetros de calidad de agua en acuicultura.
En este artículo, se presenta el resumen de una investigación cuyo objetivo fue desarrollar un prototipo basado en una arquitectura IoT, el cual permite la monitorización y control de la calidad del agua e identificar los parámetros más relevantes que influyen positivamente en la producción del camarón en las empresas acuícolas de Ecuador.
Metodología
Partiendo de una investigación cualitativa a través de la consulta de opiniones de expertos en el área de biología e ingeniería en ramas de la tecnología asociada al internet de las cosas, se obtuvo información detallada acerca del objeto de estudio y, a su vez, conclusiones que se complementaron con una revisión bibliográfica de trabajos previos.
En cuanto a la arquitectura IoT del prototipo de medición de calidad del agua, en la Figura 1 se muestran los sensores alimentados por paneles solares que miden los parámetros de la calidad del agua (pH, salinidad, oxígeno disuelto, turbidez) y establecen una comunicación con el módulo wifi ESP8266 de internet, permitiendo enviar los datos a la plataforma Firebase.
En caso que los parámetros estén fuera de los límites establecidos, se envían correos electrónicos de alarma que, posteriormente, son consumidos mediante microservicios por el software de monitoreo, el cual fue diseñado a partir de un modelo vista controlador.
Para el desarrollo del software, se utilizaron las siguientes tecnologías:
✓ PHP: Hypertext Preprocessor language open source utilizado para el desarrollo de páginas de web con HTML incrustado, ejecutado desde el servidor.
✓ JavaScript: lenguaje de programación ligero, dinámico con soporte para POO (Programación orientada a objetos) ejecutado just-in-time.
✓ Node Js: entorno de código abierto y gratuito, donde se da la ejecución para lenguajes de programación JavaScript. Puede utilizarse como servidor contando con módulos optimizados para networking y diferentes tipos de protocolos de internet.
✓ Angular 12: es un framework para el desarrollo de páginas web de código abierto.
✓ Firebase: plataforma ubicada en la nube que permite el almacenamiento de información.
Para el diseño del hardware, se emplearon los siguientes sensores:
✓ Arduino Leonardo: microcontrolador que contiene 14 pines digitales y 6 entradas analógicas con un oscilador de 16MHZ, alimentación externa de 6 V a 20 V y un 1 Kb de memoria programable permite conectar módulos wifi.
✓ Módulo wifi ESP8266: componente electrónico de hardware libre utilizado para el acceso a wifi que permite la conexión a internet en todo momento, mayormente usado en proyectos IoT.
✓ Sensor de temperatura para líquidos DS18B20: sensor digital para la medición de temperatura en líquidos, ambientes húmedos y bajo los líquidos; requiere solo una línea de datos para la comunicación con el microcontrolador.
✓ Sensor de TDS: sensor que mide los miligramos de sólidos solubles en un litro de agua, sirviendo como referencia para los recambios de agua. Con entradas de voltaje desde los 3.3 V a 5.5 V.
✓ Sensor de pH líquidos PH0-14: sensor de detección de pH, el cual mide la composición de alcalinidad del agua con lecturas instantáneas. Entrada de voltaje de 5 V.
✓ Sensor de turbidez SEN0189: detecta la calidad del agua mediante su nivel de turbidez, no es a prueba de agua, opera con 5 V y un rango de temperaturas entre 5°C~90°C.
Resultados
El análisis de las entrevistas a expertos permitió la identificación de los parámetros más relevantes para el análisis de la calidad del agua, los cuales son: oxígeno disuelto, pH, temperatura, salinidad y turbidez. Complementando estos resultados con las opiniones de expertos en IoT, se diseñó la solución del sistema para su medición.
Para comprobar el funcionamiento del sistema, se realizaron pruebas en una piscina o estanque de la camaronera San Andrés Guayaquil – Ecuador, vía Durán Tambo, durante tres días por dos horas, utilizando una laptop Core i5, 8Gb de RAM, 256GB de disco HDD, empleada para la visualización gráfica de datos de los parámetros de la calidad del agua en tiempo real.
Se pudo programar las horas de censo, guardando la información en la base de datos MySql, que posteriormente es consumida mediante un API para generar reportes históricos con base en filtros. El software cuenta con dos perfiles: administrador y obrero.
El usuario administrador puede crear cuentas a los obreros, así como asignar las piscinas para su monitoreo y gestionar valores máximos y mínimos de los parámetros a monitorear. El perfil obrero solo puede generar reportes y visualizar los valores en las piscinas que le corresponden.
Discusión
En Ecuador, la tecnología IoT no está siendo explotada como es debido. Tomando como referencia la investigación de Beltán & Mejía (2018), quienes crearon un dispositivo que mide en tiempo real parámetros de la calidad del agua (temperatura, pH y radiación ultravioleta) haciendo uso de la plataforma de software libre Thinger.io para la visualización de los datos, se compararon los resultados obtenidos con el presente prototipo, lo que permitió agregar más parámetros primordiales que contribuyen a la supervivencia y crecimiento en el cultivo del camarón, a saber: oxígeno disuelto, turbidez y salinidad, complementando el monitoreo de la calidad del agua en este cultivo.
En la actualidad, las camaroneras aún no optan por el uso de esta tecnología debido a su alto costo de adquisición. La solución del prototipo que se presenta incluye la medición de los parámetros con un software personalizable, amigable con el usuario y escalable, con el uso de las bases alojadas en la nube se puede incluir tecnologías como inteligencia artificial para la creación de modelos de predicción.
Conclusiones
Se desarrolló un sistema de control y monitoreo de los parámetros de la calidad del agua de las piscinas de cultivo de camarones, con acceso remoto. El software permite al usuario monitorear el estado actual, visualizar el histórico y elaborar informes de los parámetros a través del tiempo, con el fin de analizar su comportamiento y evitar posibles problemas en el medio acuático de cultivo del camarón Litopenaeus vannamei.
“Según investigaciones previas y juicios de expertos, se seleccionaron los parámetros para la medición de la calidad del agua considerados más importantes para el crecimiento, supervivencia y sobrevivencia del camarón.”
En el hardware se puede visualizar los datos en la pantalla LCD alimentada con energía solar, enviando datos bajo el protocolo HTTP en el módulo wifi NODE MCU V3; mientras que los obtenidos mediante sensores son enviados por internet hacia la base de datos en Firebase, la cual se actualiza cada 10 segundos.
Con la arquitectura IoT no es necesario instalar software para el uso del prototipo porque es centralizado y se accede a través de una infraestructura de red disponible.
Los datos se almacenan en MySQL, una base de datos segura y estable, con capacidad de almacenamiento de 16 TB, lo que permite resguardar grandes cantidades de datos para el análisis del proceso de medición del agua. El software es capaz de medir en tiempo real oxígeno disuelto, temperatura, salinidad, pH y turbidez.
“Mediante la integración de la tecnología IoT, se obtuvo un prototipo, el cual demostró ser efectivo para emplearse donde sea necesario mantener un control y monitoreo preciso de las condiciones ambientales.”
Finalmente, se logró un producto de calidad que permite a los acuicultores, parametristas y dueños de camaroneras de la región costa del Ecuador tener acceso a los datos de parámetros de agua en forma remota, adquirir mayor conocimiento y, en base a ello, tomar acciones oportunas y evitar pérdidas económicas.
Esta es una versión resumida desarrollada por el equipo editorial de Panorama Acuícola Magazine del artículo “IMPACTO DEL INTERNET DE LAS COSAS EN EL CONTROL Y MONITOREO DE LOS PARÁMETROS DEL AGUA PARA LA PRODUCCIÓN DEL CAMARÓN DE ECUADOR” escrito por ESPINOZA CRUZ, P.J.; LUCAS AGUIRRE, Y.M.; RAMOS MOSQUERA, B. y ALARCÓN SALVATIERRA, J.A.- Universidad de Guayaquil, Ecuador.
La versión original, incluyendo tablas y figuras, fue publicada en ABRIL de 2022 en PRO SCIENCES: REVISTA DE PRODUCCIÓN, CIENCIAS E INVESTIGACIÓN.
Se puede acceder a la versión completa a través de https://doi.org/10.29018/issn.2588-1000vol6iss43.2022pp83-92
