Sistema Acuapónico

Presentación

Se propone automatizar un sistema de acuaponia: la combinación de la hidroponia (cultivo de plantas en agua) con la acuicultura (cría de organismos acuáticos, en este caso peces). La idea central es la recirculación del agua entre la pecera y las plantas: el agua de la pecera, luego de un proceso de biofiltrado, queda cargada de nutrientes que las plantas aprovechan; a su vez, las plantas limpian el agua, que vuelve a la pecera. Sobre un sistema acuapónico ya montado, este proyecto agrega la parte electrónica: un aireador que oxigena el agua, una bomba que la recircula hacia las plantas y un dosificador que alimenta a los peces, todo comandado por una placa ArduinoArduinoPlaca electrónica con un microcontrolador programable y comunicación USB/serial. Desde la computadora, un IDE permite escribir el código, compilarlo y cargarlo en la placa. Tiene entradas y salidas digitales (0 a 13) y entradas analógicas (A0 a A5). (o su equivalente ESP32ESP32Placa con un microcontrolador de Espressif que trae WiFi (y Bluetooth) integrados. Se programa desde el Arduino IDE igual que un Arduino, con pines llamados GPIO. En este proyecto reemplaza al conjunto Arduino UNO + módulo OBLOQ para el nivel IoT.) a través de relésReléDispositivo electromagnético que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico: un electroimán abre o cierra contactos de otros circuitos independientes. Permite controlar con bajo voltaje dispositivos que utilizan mayor voltaje. y un motor. En el nivel más avanzado se incorpora Internet de las Cosas (IoT)IoT (Internet de las Cosas)Interconexión digital de objetos cotidianos con internet. Permite, por ejemplo, enviar los datos de un sensor a una central y visualizarlos desde un dispositivo móvil. Requiere un dispositivo capaz de conectarse a internet y un servidor que reciba y aloje los datos. para monitorear el sistema a distancia.

A lo largo de toda la guía vas a encontrar términos técnicos resaltados: al tocarlos se despliega su definición, tomada del glosario del proyecto. Allí está la información técnica necesaria para poner el proyecto en funcionamiento, con aclaraciones sobre los distintos elementos electrónicos involucrados así como también conceptos clave.

Una aclaración importante: este proyecto trata solo la automatización del sistema. Los aspectos biológicos y químicos de la acuaponia —el ciclo de nutrientes, el biofiltrado, los requerimientos de las distintas especies de plantas y peces— se trabajan en otras instancias (por ejemplo, en la materia Biología). Acá partimos de un sistema acuapónico ya montado y funcionando, y le sumamos la electrónica que lo automatiza.

Cómo está organizado

• Nivel inicial: automatizar la recirculación del agua y la aireación de la pecera. Se conectan el aireador y la bomba, cada uno a un reléReléDispositivo electromagnético que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico: un electroimán abre o cierra contactos de otros circuitos independientes. Permite controlar con bajo voltaje dispositivos que utilizan mayor voltaje., y se programa el tiempo en el que se activan, resolviendo el problema del código bloqueanteCódigo bloqueanteCódigo que detiene todo el procesamiento hasta que se cumple una condición, como delay(), que deja al programa 'colgado' durante el tiempo indicado. En IoT es conflictivo: impide atender tareas simultáneas como la publicación de datos y la conexión a internet. que aparece al comandar dos cargas a la vez.
• Nivel intermedio: agregar un dosificador de alimento impreso en 3D, movido por un motor DCMotor DCMotor eléctrico de dos terminales (+ y −), común en vehículos y ventiladores. Gira mientras recibe corriente y su velocidad depende de la potencia entregada. Requiere un circuito intermediario (driver) que le dé la potencia que la placa no puede entregar por sí sola. a través de un ULN2003ULN2003Circuito integrado que actúa como driver de motores: convierte la señal de control de baja potencia de la placa (una salida digital) en la potencia necesaria para mover un motor DC. No invierte el giro: enciende y apaga el motor en un solo sentido., y automatizar su funcionamiento para que alimente a los peces solo.
• Nivel avanzado: informar el estado del sistema a un dispositivo móvil a través de Internet de las Cosas (IoT), para monitorear a distancia el aireador, la bomba y el dosificador.

Esta reedición web conserva la estructura y la propuesta didáctica del material original de 2019, con las actualizaciones registradas en la ficha del proyecto: se programa directamente en C++ (mBlock3 fue discontinuado), el nivel IoT se resuelve con el WiFi nativo del ESP32 (el módulo OBLOQ fue discontinuado), el Arduino IDE se presenta en su versión 2.x actual, la práctica usa aireador y bomba de baja tensión (la conexión a 220 V del original queda como extensión exclusiva del docente) y se corrige un renglón duplicado en la lista de insumos.

Cierre y extensiones

Una vez finalizado este proyecto, si se quiere continuar, es posible extenderlo. Una opción sugerida es:

• Agregar distintos tipos de sensores para monitorear la calidad del agua y programar el envío de los datos obtenidos a un dispositivo móvil a través de Internet de las Cosas (IoT). Se podrían sumar sensores de turbiedad del agua, de temperatura, de oxígeno disuelto o de pH, entre otros.

El proceso de resolución de problemas como los que se han planteado aquí permite la movilización y la integración de distintos saberes, en la búsqueda de soluciones posibles a una situación dada. Si bien la información fue presentada a modo de instructivo, se espera que sean los estudiantes, organizados en pequeños grupos, quienes vayan encontrando las mejores formas para construir los dispositivos. Esto implica preparar los materiales para que cada grupo cuente con todo lo necesario para la construcción del proyecto. Además, en el interior de cada grupo, los estudiantes deben distribuirse los roles y las tareas de acuerdo a las demandas que van teniendo en las actividades.

Basado en la obra original Saberes Digitales — INET / EDUCAR, Ministerio de Educación, Cultura, Ciencia y Tecnología de la Nación Argentina (2019).