¿Qué tipos de sensores son los mejores para el monitoreo de invernaderos?

1. La creciente necesidad de un monitoreo inteligente de invernaderos

1.1. El invernadero moderno y el cultivo de cultivos

Los invernaderos, la solución moderna, son estructuras cerradas hechas de materiales transparentes como plástico o vidrio que crean un entorno controlado para el cultivo de cultivos. Bajo invernaderos, la luz solar está atrapada y se mantiene una temperatura óptima para la agricultura independientemente de las condiciones externas.

En la agricultura moderna, estas casas jugaron un papel crucial debido a sus características, incluido el control de temperatura y humedad, control de plagas y enfermedades, y condiciones de suelo adecuadas para los cultivos, lo que las hace ideales para cultivar cultivos de alta demanda como tomates, pepinos, verduras de hoja, flores y plantas medicinales de alto valor.

Introduzca brevemente la importancia de los invernaderos para cultivos específicos (por ejemplo, tomates, pepinos, verduras de hoja verde, flores, plantas medicinales de alto valor) y cómo permiten entornos de crecimiento controlados.

1 .2. El papel de la tecnología en la optimización de las condiciones de invernadero

¿Cómo se desarrollan las condiciones ideales en el invernadero? Gracias a la modernización y las revoluciones industriales, podemos recopilar datos a través de sensores modernos, lo que ayuda a controlar con precisión el medio ambiente dentro del invernadero. Los sensores se colocan en múltiples ubicaciones dentro del invernadero para monitorear continuamente la intensidad de la luz, los niveles de dióxido de carbono, la humedad del suelo, la temperatura y la humedad, que son esenciales para mantener condiciones optimizadas que finalmente contribuyen a la buena salud de las plantas y la maximización de los rendimientos.

En comparación, la agricultura tradicional se basaba en datos manuales que dependían del ser humano, lo que aumentaba las posibilidades de error y también era un proceso que requiere mucho tiempo. Debido al desarrollo continuo, la tecnología de IoT (Internet de las cosas) no solo monitorea sino que también toma decisiones basadas en estos datos, creando paneles y alertas. Con esto, el campo de la agricultura se está volviendo eficiente y modernizado.

2. Los aspectos centrales del monitoreo de invernadero

2 .1. Factores ambientales críticos para el crecimiento de los cultivos

2.1.1. Temperatura

Los órganos del cuerpo humano funcionan de manera óptima a una temperatura de 37°C (98.6°F), así como diferentes cultivos tienen diferentes rangos de temperatura necesarios para su crecimiento. Por ejemplo, los tomates crecen entre 18 °C y 27°DO; Por el contrario, las verduras de hoja verde prefieren entornos más fríos, como la lechuga, que requiere temperaturas de 15 para 20 °C. Por lo tanto, la temperatura se considera uno de los factores esenciales directamente relacionados con la fotosíntesis, la respiración y el crecimiento de las plantas; Por lo tanto, debe mantenerse de acuerdo con los requisitos del cultivo.

2.1.2. Humedad

La humedad relativa es un factor clave a considerar en un invernadero. Afecta la transpiración (el proceso por el cual las plantas liberan vapor de agua de sus hojas). Humididades altas y bajas pueden afectar el crecimiento; La baja humedad ralentiza el crecimiento y la fotosíntesis, como resultado de una alta transpiración que limita la ingesta de dióxido de carbono (CO₂). Si bien la alta humedad disminuye la transpiración, desacelerando la ingesta de nutrientes, también corre el riesgo de enfermedad fúngica. Por lo tanto, se mantienen niveles óptimos de humedad relativa del 50-70%, dependiendo del tipo de cultivo.

2 .2. Parámetros de salud del suelo y sustrato

2 .2.1. Humedad del suelo

El agua disponible en el suelo para la absorción por raíces, que ayuda a disolver nutrientes, es lo que llamamos humedad del suelo. Al igual que otros parámetros, la humedad del suelo debe estar en una condición equilibrada, ni demasiado alta, lo que crea condiciones de oxígeno inundadas y pobres que cuelgan las raíces, ni demasiado bajas, lo que conduce a la deshidratación y la deficiencia nutricional. Utilice sistemas precisos de monitoreo y control, como sensores inteligentes, en invernaderos para mantener un entorno saludable y equilibrado que respalde un crecimiento óptimo de cultivos.

2 .2.2. Ph y EC

Los indicadores de salud del suelo, incluida el pH y la conductividad eléctrica (EC), aseguran que los nutrientes estén disponibles para la absorción por raíces vegetales, promoviendo el crecimiento saludable y equilibrado de las plantas. La mayoría de los cultivos prosperan en un rango neutral a ligeramente ácido, lo que permite que los nutrientes del suelo, como nitrógeno, potasio y fósforo, sean fácilmente accesibles para un crecimiento saludable.

La conductividad eléctrica (CE) del suelo indica la salinidad y la concentración total de sales. EC de alto →  Sal excesiva → La alta toxicidad de iones conduce al estrés osmótico. Mientras que la EC bajo disminuye el crecimiento de las plantas debido al agotamiento de los nutrientes.

2 .3. Calidad de la luz y el aire

2 .3.1. Intensidad de luz/par

Las plantas requieren un nivel óptimo de intensidad de la luz, que es esencial para la fotosíntesis. PAR (radiación fotosintéticamente activa) representa el espectro de luz (400-700 nanómetros) que la mayoría de las plantas usan de manera eficiente para la fotosíntesis. El monitoreo de su nivel garantiza que las plantas reciban la cantidad ideal de luz para el crecimiento productivo.

2 .3.2. Niveles de CO2

La concentración de CO₂ en el invernadero se monitorea y controla continuamente dentro de un rango específico, ya que CO₂ está directamente involucrado en el proceso de fotosíntesis en presencia de luz. Este proceso ayuda a las plantas a convertir la energía de la luz, el agua y el CO₂ en glucosa y oxígeno. Para apoyar este proceso, la presencia de CO₂ se garantiza dentro del invernadero.

3 . Beneficios e importancia del monitoreo basado en sensores para los cultivos

3 .1. Rendimiento mejorado y calidad

La instalación de sensores permite el monitoreo continuo de los parámetros y la recopilación de datos, lo que permite que las condiciones óptimas se mantengan y se adapten al cultivo, logrando así el máximo rendimiento con mejor calidad. En lugar del monitoreo manual, los sensores proporcionan un control preciso, unificando las condiciones en el invernadero para que las plantas, las frutas y las verduras sean del mismo tamaño, color y textura y tengan el mismo sabor. La toma de decisiones basada en datos mejora la salud y la calidad, así como el rendimiento de los cultivos, a través del monitoreo y el control basados ​​en sensores.

3 .2. Optimización de recursos (agua, energía, nutrientes)

Los cultivos se alimentan en un ambiente saludable que requiere agua, energía y nutrientes adecuados. La agricultura moderna opera en el principio de optimización; Por lo tanto, estos recursos se utilizan para minimizar el desperdicio. Ahora, surge la pregunta: ¿cómo? En la agricultura tradicional, el proceso es principalmente manual, lo que lleva a la exaltación excesiva. Ahora, el enfoque está dirigido cuando y donde sea necesario. Mediante el uso de sistemas basados ​​en sensores, la ineficiencia y los desechos pueden reducirse evitando la fertilización excesiva, el arrebato y el calentamiento e iluminación innecesarios. La decisión de instalar esta tecnología es un movimiento inteligente que contribuye a la sostenibilidad y minimiza los costos operativos.

3 .3. Detección temprana del estrés y la enfermedad

La protección de la planta contra la enfermedad y el estrés es imprescindible para su supervivencia y crecimiento. Por detección en las primeras etapas, los propietarios de invernaderos pueden:

●  Evite la propagación de enfermedades a otras plantas sanas.

• Minimizar la pérdida de cultivos
• Minimizar el costo del tratamiento.
• Preservar la calidad y la consistencia del cultivo.

Se pueden tomar medidas preventivas para la gestión proactiva utilizando tecnología de sensores avanzados para garantizar operaciones de invernadero robustas.

4 . Tipos de sensores de invernadero: una descripción completa

4 .1. Sensores de temperatura (termistor, RTD, termopar)

La temperatura, al ser un parámetro importante, se puede medir utilizando un termistor, RTD y termopar. Discutamos cada uno en detalle:

• Termistor: Se usa para una medición precisa con una precisión de ±0.1 a 0.5°C y un tiempo de respuesta rápido. Es por eso que se usa para el monitoreo del aire y se instala en sistemas HVAC en invernaderos o toldos de plantas cercanos. El principio de trabajo detrás de un termistor es un cambio en la resistencia con la temperatura. En la mayoría de los invernaderos, se utilizan termistores NTC (coeficiente de temperatura negativa), que tienen una resistencia que disminuye a medida que aumenta la temperatura.

• RTD: Un detector de temperatura de resistencia (RTD) es costoso debido a su alta precisión de ±0.1°C o mejor en una amplia gama, proporcionando lecturas estables. Utiliza platino, cuya resistencia aumenta linealmente con la temperatura. Es ideal para detectar la temperatura del suelo o para cultivos que son extremadamente sensibles a la temperatura.

• Par termoeléctrico: Consiste en dos cables de metal diferentes unidos en un extremo. Cuando se produce un cambio de temperatura en una unión, se genera un pequeño voltaje, que se mide y compara con la temperatura. Estos sensores son duraderos, por lo que se usan en entornos duros o en condiciones fluctuantes con una precisión de ±1–2°C.

4 .2. Sensores de humedad (capacitivo, resistivo, psicrómetro)

La cantidad de humedad presente en el aire correspondiente a su temperatura se conoce como humedad relativa, que el sensor de humedad mide.

• Sensor de humedad capacitiva: Estos sensores se usan ampliamente en invernaderos debido a su respuesta rápida y sus bajos requisitos de mantenimiento. Tiene alta precisión y estabilidad y es confiable durante un período prolongado. Mide la humedad detectando cambios en la constante dieléctrica de un material higroscópico entre electrodos, que altera la capacitancia del sensor.

• Resistador   Sensor de humedad : Se utiliza un material basado en sal o sensible a la humedad y se miden cambios en su resistencia eléctrica. Son fáciles de fabricar y rentables, pero menos precisos que otros sensores.

• Sensor de humedad psicrómetro : Estos sensores no están diseñados para el monitoreo continuo; Por lo tanto, generalmente se usan para fines de calibración o en invernaderos de investigación. Utiliza dos termómetros, una bombilla húmeda y una bombilla seca, y la diferencia entre los dos termómetros se usa para cálculos de humedad relativa. Estos son sensores altamente precisos, pero requieren un alto mantenimiento.

4 .3. Sensores de humedad del suelo (capacitancia, TDR, bloque de yeso)

• Sensores de capacitancia: Moderadamente preciso y ampliamente utilizado en invernaderos debido a su bajo costo y tamaño compacto. Funciona bien en la mayoría de los suelos y mide la humedad del suelo a través de cambios dieléctricos.

• Reflectometría de dominio de tiempo (TDR): TDR es efectivo en condiciones de salinidad variables y es particularmente adecuado cuando se requiere precisión en la medición. Para medir la humedad, envía un pulso eléctrico a través de la sonda y mide el tiempo que tarda el pulso en reflejarse.

• Bloque de yeso: Él   tiene un tiempo de respuesta lento pero es confiable para el suelo salino o grueso, donde otros sensores enfrentaron problemas. El sensor presenta dos electrodos incrustados en un bloque de yeso que detectan la tensión del agua del suelo midiendo los cambios en la resistencia eléctrica entre los electrodos.

4 .4. Sensores de ph y EC

sensor de ph:  Los sensores de pH miden el nivel de pH, lo que indica la alcalinidad o la acidez del suelo. Consiste en dos electrodos, un electrodo de referencia y un electrodo de vidrio. El electrodo, hecho de vidrio, es sensible a los iones de hidrógeno; Cuando se coloca en el suelo, genera un voltaje basado en el movimiento de estos iones. El voltaje se convierte en valores de pH.

Sensor EC:  El sensor EC mide la concentración total de nutrientes en el suelo. La EC baja indica deficiencia de nutrientes, mientras que la EC alta significa sobre-fertilización; Por lo tanto, debe estar en una condición óptima y debe ser monitoreado con precisión. El sensor tiene dos electrodos a través de los cuales se aplica un pequeño voltaje para medir la corriente eléctrica. El sensor mide la capacidad del suelo para conducir electricidad debido a la presencia de sales disueltas en la solución del suelo. (131 palabras)

Explique cómo miden la acidez/alcalinidad y la concentración de intensidad de nutrientes.

4.5. Sensores de luz (PAR, Lux)

Los dos tipos comunes de sensores para medir la luz en un invernadero son los sensores PAR y LUX.

Sensor de luz par:  Par mide el espectro de la luz (400–700 nm) utilizado por plantas para fotosíntesis; Se calibra para medir la intensidad de la luz que influye directamente en el crecimiento de las plantas. Los PAR se usan principalmente en invernaderos debido a su precisión y precisión en la recopilación de datos.

Sensor de luz lux: El sensor Lux mide el flujo luminoso por unidad de área, que es la intensidad de la luz según lo percibe el ojo humano.

4 .6. Sensores CO₂ (NDIR)

Los sensores NDIR (infrarrojos no dispersivos) miden la absorción de longitudes de onda específicas de la luz infrarroja cuando está presente dióxido de carbono (CO₂). Cuanto más está presente Co₂, más IR Light se absorbe. Estos sensores no tienen piezas móviles ni dependen de reacciones químicas; Tienen una larga vida útil, bajo mantenimiento y una deriva mínima con el tiempo.

5 . ¿Qué sensores son los mejores para el monitoreo de invernadero?

5 .1. Priorizar sensores basados ​​en las necesidades de cultivos y el tipo de invernadero

Los sensores correctos para el propósito correcto son esenciales en la agricultura de cultivos, especialmente en los invernaderos donde se mantiene un entorno controlado. La necesidad del sensor depende en gran medida del tipo de cultivo y la infraestructura asociada.

Por ejemplo, las verduras de hoja verde como las espinacas crecen bajo humedad y luz controladas; En este caso, la humedad y los sensores de luz son críticos. Las orquídeas son sensibles al nivel de humedad y al control de co₂; Por lo tanto, monitorear estos parámetros es esencial. En los invernaderos de baja tecnología y ventilados naturalmente, los sensores básicos como la temperatura, la humedad y la humedad se colocan en varios lugares para el monitoreo. Los sistemas hidropónicos de alta tecnología requieren sensores adicionales, como PH y EC.     

La conclusión es que invertir en los sensores correctos para el medio ambiente permite un crecimiento más saludable de las plantas, lo que finalmente alcanza los máximos rendimientos.

5 .2. Consideraciones para la selección de sensores

5 .2.1. Precisión y confiabilidad

Al seleccionar sensores para el invernadero, considere una solución rentable, pero nunca comprometa la precisión y la confiabilidad. Según estas lecturas, se toman decisiones, como aumentar la intensidad de la luz, proporcionar ventilación y aumentar la humedad, entre otros. Si alguna decisión tomada es engañosa, todo el medio ambiente será perturbado, lo que requiere tiempo y esfuerzo para establecerse, o puede provocar daños en los cultivos. No arriesgues tu cosecha; Invierta en tecnología probada que proporcione datos confiables y precisos durante cada hora.

5 .2.2. Durabilidad y resistencia ambiental

Los invernaderos se consideran lugares duros; Por lo tanto, los sensores instalados deben ser más difíciles que estas condiciones. Alta humedad, variaciones de temperatura y exposición a fertilizantes o productos químicos son ciertas condiciones que los sensores deben resistir. Salvaguardar sus cultivos es esencial, por lo que instale sensores duraderos y resistentes a la intemperie y mantenlos regularmente o reemplácelos según sea necesario.  

5 .3. Integración con sistemas inteligentes

Las acciones inteligentes son una característica moderna disponible en sensores; No solo registran datos, sino que también toman acciones cuando están conectados a registradores de datos, controladores y plataformas de automatización, que se conoce como integración general. Por ejemplo, una señal del sensor CO₂ al sistema de ventilación para ajustar sus niveles, temperatura o humedad puede desencadenar el sistema de calefacción y enfriamiento en el invernadero.

Con el tiempo, como se documenta estos datos, ayuda a identificar patrones y tendencias que mejoran los procesos y métodos, optimizan los ciclos de crecimiento y permiten una respuesta rápida a los cambios ambientales. El futuro se está avanzando hacia soluciones agrícolas innovadoras, siendo los sensores inteligentes una de sus características clave. Si desea ser preciso en la agricultura, estos son los nuevos estándares que necesita adoptar.  

6 . Conclusión: El futuro del cultivo de invernadero de precisión

El sistema nervioso de cualquier sistema es el sensor detrás de él, lo mismo que en el caso de los invernaderos modernos. Registra y controla los parámetros, incluida la temperatura, la humedad, la luz, la humedad, el pH, la conductividad eléctrica (EC) y el CO₂, que son críticos para que los propietarios de invernadero tomen decisiones informadas sobre el crecimiento de sus cultivos.   

Los propietarios que invierten en un sistema de sensores integrado tienen una ventaja competitiva sobre otros al lograr el rendimiento de mejor calidad, minimizar los desechos y recopilar datos precisos para la adopción rápida en las condiciones circundantes. La agricultura con precisión es un cambio hacia la transformación en cómo cultivamos cultivos; No es solo una actualización tecnológica. El futuro es automatizado y rápido, con tecnología precisa y moderna. Piense sabiamente; Invierta una vez, invierta de manera inteligente.

FAQ

• ¿Cuál es el papel de los sensores de Co₂ en un invernadero?

Respuesta: Es esencial monitorear la concentración de CO₂ usando sensores de CO₂ en invernaderos porque es un componente clave en el proceso de fotosíntesis; Por lo tanto, mantener un nivel óptimo es crucial para el crecimiento estable y productivo de las plantas.

• ¿Con qué frecuencia necesito calibrar sensores en un invernadero?

Respuesta: La calibración depende de varios factores como marca, modelo, tipo y condiciones de funcionamiento; Por lo tanto, se recomienda referirse al fabricante’S Instrucciones para la calibración precisa. En general, la calibración se debe para la mayoría de los sensores dentro de 3 a 6 meses.

• ¿Son los sensores inalámbricos mejores que los sensores con cable para el monitoreo de invernaderos?

Respuesta: Los sensores inalámbricos son fáciles de instalar y son flexibles para los invernaderos que cubren un área grande, reduciendo la complejidad del cableado. Sin embargo, confiar en baterías requirió un reemplazo y mantenimiento frecuentes. Por otro lado, los sensores con cable son más difíciles de instalar, pero transmiten datos sin requerir ninguna intervención y tienen costos de mantenimiento más bajos. La elección depende del presupuesto del usuario, la infraestructura de invernadero y el tamaño de la operación.

• ¿Cuáles son las funciones principales de un invernadero?

Respuesta: Un invernadero sirve muchas funciones, como