INTRODUCCIÓN
La agricultura en la
actualidad es la base fundamental del desarrollo y sustento de muchas familias
de Bolivia, con una producción de diferentes tipos de vegetales, frutas,
tubérculos, cereales y legumbres que se dan en diferente región, debido al
variado clima que hay en los distintos departamentos.
Las regiones del
altiplano boliviano (La Paz, Oruro Y Potosi), desarrolla una producción es
limitada debido al clima frio y árido que hay en la región, esto dificulta a la
producción de hortalizas de hoja, ya que, al ser un vegetal de clima tropical,
las condiciones climáticas del altiplano no favorecen a las hortalizas de hoja,
como también la falta de agua, lluvias y también la sequía haciendo imposible
su crecimiento.
De esta manera
determinamos la necesidad de implementar un sistema de riego automatizado para
la producción de hortalizas es en altiplano, debido a que la producción del de
estas es baja, no obstante, en esta se siembra más tubérculos y pocas
variedades de cereales, y su producción está limitada de 1-2 veces al año. Con
este sistema de riego automatizado la producción de las hortalizas de hoja
haciendo uso de un invernadero se podrá cultivar y cosechar una variedad de
hortalizas de hoja; con una mayor productividad, eficiencia e higiene,
beneficiando a muchas familias de la región del altiplano.
El presente proyecto se
enmarca en el paradigma socio–crítico,
el cual reconoce que la investigación no debe limitarse a describir o
interpretar la realidad, sino que debe aportar a su transformación. En este
sentido, el diseño de un sistema hidropónico automatizado con técnica NFT
responde a una problemática concreta del altiplano boliviano: la escasez de
agua, las condiciones climáticas adversas y la baja producción de hortalizas de
hoja.
Bajo este paradigma, la
investigación se orienta a generar un cambio social, contribuyendo al
fortalecimiento de la seguridad alimentaria y a la mejora de las condiciones de
vida de las comunidades rurales. El proyecto no solo aporta conocimientos
técnicos y académicos, sino que también promueve la conciencia crítica frente a
los efectos del cambio climático y la necesidad de adoptar tecnologías
sostenibles que garanticen la producción continua de alimentos.
Enfoque
El presente proyecto
adopta un enfoque socio-critico, al considerar que la investigación no se
limita únicamente a describir fenómenos o comprobar hipótesis, sino que busca
promover cambios en la realidad social. Bajo esta perspectiva, se plantea el
diseño e implementación de un sistema hidropónico automatizado con técnica NFT,
orientado a responder a la problemática agrícola del altiplano boliviano,
caracterizada por la escasez de agua, las condiciones climáticas extremas y la
baja productividad de hortalizas de hoja.
Planteamiento
del Problema
El cambio climático en
el mundo se pudo observar a gran escala con la llegada de la corona virus COVID-19
en el año 2019-2022, durante los inicios de la pandemia se dictó en el mundo un
estado de cuarentena que duró 3 meses de confinamiento, por lo cual el planeta
pudo cambiar de un estado de contaminación a un estado de recuperación,
alterando el ecosistema en todo el mundo.
El cambio climático en
Bolivia ha generado serias preocupaciones, especialmente en relación con la
disponibilidad de agua. En este contexto, se advierte que “las posibles
implicaciones del cambio climático en Bolivia, como ser el retroceso de los
glaciares y su posible desaparición en el siglo XXI” (Andersen, 2009, p. 25),
El cambio climático que
ocurriría durante el siglo XXI va a afectar al sector agropecuario en Bolivia
en muchas diferentes maneras. En el presente estudio analizamos no solo los “Efectos
brutos iniciales del cambio climático sobre los rendimientos agrícolas, sino
también los efectos netos permitiendo que ocurra una adaptación espontánea a
través de la sustitución de cultivos” (Andrade, 2014, p. 13)
La producción de
hortalizas en huertos hidropónicos, permite aprovechar espacios reducidos,
ofreciendo variedad de cultivos, calidad, alta productividad y menor uso de
agua; beneficiando a si a familias en las áreas rurales para la producción
doméstica e industrial.
Identificación
del Problema
Como determinamos en un
principio el problema principal es la escasez de agua debido a la poca lluvia y
también las sequias en las localidades del altiplano boliviano, mediante este
problema pudimos determinar otros factores que impiden la producción de
hortalizas.
Formulación
del Problema
De qué manera
beneficiará la producción de acelga y perejil con técnica NFT raíz flotante, en
la región altiplánica del departamento de La Paz
Propósito
de la investigación
Propósito general
Desarrollar sistema
automatizado para la producción de acelga y perejil, con técnica NFT raíz
flotante para la región altiplánica del departamento de La Paz.
Propósito específicos
Recopilar estudios
afines acerca de la importancia de los cultivos en NFT.
Evaluar la necesidad de
implementar el sistema NFT en el altiplano.
Supuesto de investigación
La implementación de un
sistema automatizado de cultivo hidropónico con técnica NFT de raíz flotante
permitirá incrementar la eficiencia productiva de acelga y perejil en la región
altiplánica de La Paz, optimizando el uso del agua y garantizando un
crecimiento controlado frente a las limitaciones climáticas.
Justificación
Académica
El presente proyecto de
hidroponía con sistema automatizado NFT (Nutrient Film Technique) se justifica
académicamente al constituir un espacio de aplicación práctica de los
conocimientos adquiridos en la carrera de Ingeniería Electrónica,
integrando diversas áreas como la automatización, control de procesos,
electrónica aplicada y energías renovables.
Desde una perspectiva
formativa, permite al estudiante desarrollar competencias en el diseño,
implementación y evaluación de sistemas tecnológicos que responden a problemas
reales en el contexto boliviano, específicamente en la región altiplánica,
donde las condiciones climáticas limitan la producción agrícola tradicional.
Asimismo, fomenta la investigación interdisciplinaria al vincular la ingeniería
con la agronomía, la sostenibilidad ambiental y la seguridad alimentaria.
Justificación
Metodológica
La metodología adoptada
en este proyecto se justifica en la necesidad de investigación, que combina el
análisis teórico con la validación práctica a través del diseño y construcción
de un prototipo funcional. Por un lado, la revisión bibliográfica y el análisis
documental permitieron fundamentar el estudio con antecedentes científicos y técnicos
sobre la hidroponía y los sistemas automatizados de riego.
Este enfoque
metodológico asegura la rigurosidad académica del trabajo, al vincular la
teoría con la práctica y al permitir la evaluación de variables relevantes como
consumo de agua, control de temperatura, automatización del riego y eficiencia
en el crecimiento de hortalizas. Asimismo, la modalidad experimental brinda
evidencia empírica que valida la aplicabilidad del sistema en la región
altiplánica, garantizando la pertinencia de los resultados tanto en el ámbito
académico como en el productivo.
Justificación
Social
El presente proyecto es
para poder solucionar los problemas adversos que hay en el altiplano boliviano
al momento de sembrar hortalizas, no obstante, no descartamos la opción que al
momento de instalar el sistema hidropónico automatizado NFT podrá beneficiar a
las comunidades tanto para la producción doméstica como industrial, ya que la
producción será continua, y no solamente esperando la producción convencional.
Marco referencial
Marco conceptual
La presente
investigación se enmarca en la intersección de la automatización y la
agricultura sostenible, integrando conceptos fundamentales que permiten la
comprensión y aplicación del sistema automatizado de cultivo hidropónico en la
región altiplánica.
Hidroponía: técnica de cultivo sin suelo que utiliza soluciones
nutritivas para el desarrollo de las plantas, optimizando el uso del agua y
reduciendo la dependencia de la tierra cultivable.
El desarrollo de “la hidroponía
es un sistema agrícola innovador que permite el cultivo de hortalizas, plantas
ornamentales y medicinales, forrajes y semillas certificadas, especialmente en
lugares donde estos productos son de difícil acceso” (Kaza, 2018, p. 11).
Técnica NFT (Nutrient
Film Technique): modalidad de
hidroponía en la que las raíces de las plantas están en contacto con una
delgada película de solución nutritiva en circulación continua, garantizando
oxigenación y absorción de nutrientes.
El tipo de alternativa “NFT
es una técnica de cultivo en agua a raíz desnuda, en canaletas, en cuyo fondo,
fluye constantemente una película muy fina de solución nutritiva de 1 a 4 mm de
altura” (Martin,
2015, p. 18).
Automatización: aplicación de sistemas electrónicos y de control, en
este caso mediante un PLC (Controlador
Lógico Programable), para gestionar procesos como riego, temperatura,
humedad e iluminación, asegurando eficiencia y reducción de errores humanos.
Implementar un sistema
de riego automatizado según
Producción de
hortalizas de hoja (acelga y perejil): alimentos seleccionados por su valor nutricional,
adaptabilidad a la técnica NFT y demanda en el consumo doméstico e industrial.
Estos conceptos,
interrelacionados, permiten comprender la relevancia del proyecto en el ámbito
académico, tecnológico y social, ya que la hidroponía automatizada se plantea
como una alternativa innovadora frente a los problemas de escasez de agua,
suelos no aptos y variabilidad climática en la región altiplánica de La Paz.
Según
Marco teórico
Para el desarrollo de
un sistema del sistema automatizado de un cultivo hidropónico, determinaremos
el tema principal de la hidroponía observando sus ventajas y desventajas y el
sistema al cual se desarrollará siendo este un sistema NFT, Además, se
mencionará la parte eléctrica del sistema y también la parte de energías
alternativas.
Hidroponía
El desarrollo de un
sistema del sistema automatizado de un cultivo hidropónico,
determinaremos el tema
principal de la hidroponía observando sus ventajas y desventajas y el sistema
al cual se desarrollará siendo este un sistema NFT. En la solución nutritiva,
como su nombre dice, se encuentran disueltos los elementos necesarios para el
crecimiento de la planta.
El sustrato que se
utiliza “En la agricultura hidropónica se sustituye el por un sustrato inerte
que suministra nutrientes esenciales para el desarrollo de la planta” (Moncayo, 2023, p. 16).
Historia de la
hidroponía
A pesar del cambio que
sea desarrollado en los últimos años respecto a la agricultura la hidroponía se
ha desarrollado a una mayor velocidad a partir de diferentes experimentos, esto
con la finalidad; de determinar los factores de crecimiento de las plantas.
Según el estudio que
realizo
Técnicas de
recirculantes (NFT)
Con esta técnica las
raíces permanecen sumergidas en la solución nutritiva las cuales son: goteo,
inundaciones y drenaje y NFT.
Es utilizada
principalmente en la producción de hortalizas de alta calidad en invernaderos.
Según el estudio del
instituto mexicano de tecnología de agua “se basa en el flujo permanente de una
pequeña cantidad de solución de nutrientes, también llamada NFT (Nutrient Film
Technique) o Técnica de la película de nutriente que se distribuye a través de
tubos; donde el cultivo se nutre mediante la circulación del sustrato” (Bartolón, 2022, p. 6).
La técnica que plantea
Producción de
Hortalizas de Hoja
Las hortalizas de hoja
constituyen un grupo de cultivos de gran importancia en la alimentación humana
debido a su alto contenido de vitaminas, minerales, antioxidantes y fibra
dietética. En Bolivia “su producción se ve limitada por factores climáticos,
especialmente en la región altiplánica, donde las bajas temperaturas, la
escasez de agua y las heladas restringen el crecimiento de estos vegetales bajo
sistemas tradicionales de cultivo en suelo” (Cadavid, 2020, p. 25).
Entre las hortalizas de
hoja más destacadas se encuentran “la acelga (Beta vulgaris var.
cicla) y el perejil (Petroselinum crispum), seleccionadas en
este proyecto como cultivos modelo por su adaptabilidad a los sistemas
hidropónicos y su demanda tanto en el consumo doméstico como en el mercado
local”
(Birgi, 2015, p. 14).
Acelga
“La producción de la
acelga es una hortaliza versátil que se puede cultivar con éxito en huertos
hidropónicos; requiere al menos 6 horas de luz diaria al día tolerando la
sombra, con una temperatura optima de entre 15-25 grados centígrados” (Bartolón, 2022, p. 20,24).
Perejil
Cabe mencionar que el
perejil se puede adaptar fácilmente a diferentes condiciones, por lo tanto, su
producción se puede llevar a cabo a través de diferentes técnicas; en este caso
se hará por hidroponía.
Según el estudio del
instituto mexicano de tecnología de agua
Automatización de
Procesos Agrícolas
La automatización
agrícola integra sistemas electrónicos y de control para regular variables como
riego, temperatura y humedad, con el fin de optimizar recursos, mejorar la
eficiencia y asegurar condiciones estables en la producción, reduciendo la
dependencia de la mano de obra y del ambiente; según
El uso de sensores,
contactores y relés permite un monitoreo en tiempo real que brinda precisión y
confiabilidad, reduciendo el consumo de agua y energía, y protegiendo los
cultivos frente a estrés hídrico y cambios bruscos de temperatura.
En síntesis, la automatización aplicada a la hidroponía representa una solución tecnológica que vincula la ingeniería electrónica con la agricultura moderna, asegurando mayor productividad y sostenibilidad en regiones con condiciones adversas.
Contexto Altiplánico
El altiplano boliviano,
que comprende los departamentos de La Paz, Oruro y Potosí, se caracteriza por
un clima frío, seco y árido, con temperaturas que oscilan entre los 5 °C y 15
°C en promedio, y con presencia de heladas y sequías prolongadas. Estas
condiciones climáticas limitan la agricultura tradicional, que se centra
principalmente en la producción de tubérculos (papa, oca), cereales (quinua,
cebada, cañahua) y legumbres, pero con rendimientos bajos y escasa diversidad
de hortalizas.
Frente a estas
limitaciones, la hidroponía se plantea como una alternativa viable, ya que
permite producir hortalizas en ambientes controlados mediante invernaderos y
con un consumo eficiente de agua. “Además, el sistema NFT favorece la
producción continua durante todo el año, incrementando la seguridad alimentaria
y mejorando la economía local” (Choque, 2021, p. 36)
Marco legal
El presente proyecto se
enmarca dentro de la normativa boliviana que regula la producción agrícola
sostenible, el uso racional del agua y la promoción de energías renovables,
además de la normativa internacional que orienta la seguridad alimentaria.
“Reconoce el derecho
humano al agua como fundamental e irrenunciable” (2009, CPE Art.16: Editorial
del Estado Plurinacional de Bolivia).
Por otro lado también.
“Establece el acceso
universal y equitativo a los servicios básicos de agua potable y riego” (2009,
CPE Art.16: Editorial del Estado Plurinacional de Bolivia).
Estos dos artículos son
esenciales para saber los accesos básicos que debemos tener con el servicio del
agua potable y riego.
Marco Institucional
En el ámbito nacional,
la investigación se vincula con instituciones como el Ministerio de Desarrollo Rural y Tierras (MDRyT), encargado de
impulsar políticas de seguridad alimentaria y de producción sostenible; el Instituto Nacional de Innovación Agropecuaria
y Forestal (INIAF), que promueve la investigación en nuevas tecnologías
agrícolas; y los gobiernos municipales
de la región altiplánica, que trabajan en programas de agricultura urbana y
periurbana.
Finalmente, a nivel
internacional, el proyecto se articula con los lineamientos de la Organización de las Naciones Unidas para la
Alimentación y la Agricultura (FAO) y con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), especialmente aquellos
relacionados con el hambre cero, la gestión eficiente del agua y la producción
sostenible, lo que refuerza su pertinencia global.
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hidroponica como alternativa de escases de agua. La Paz-El Alto: Apthapi.
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de tres variedades de lechuga cultivadas con NFT. La Paz:
Universitaria Andina.
Moncayo, T. A. (2023). Desarrollo
de un sistema hidroponico automatizado para zonas urbanas . Guayaquil: Tecnológica del Litoral
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