Seguridad alimentaria en la industria 4.0: control y monitoreo de cultivo hidropónico mediante microcontrolador ESP-32

Resumen

La seguridad alimentaria es uno de los desafíos más apremiantes del siglo XXI. Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), desde el informe Cumbre Mundial de la Alimentación (CMA) de 1996. Más de 820 millones de personas padecen hambre, y se estima que la población mundial alcanzará los 9.7 mil millones para 2050, exigiendo un aumento del 50% en la producción de alimentos. En México aproximadamente el 60.8% de la población presenta algún nivel de inseguridad alimentaria; siendo 34.9% leve, 15.8% moderada y 10.1% severa, subrayando la necesidad de innovaciones en la agricultura. Métodos de agricultura controlada, como la hidroponía, los invernaderos y la acuaponía, optimizan recursos como el agua y los nutrientes, promoviendo una producción sostenible y asegurando un suministro constante de alimentos.

Este estudio presenta un sistema hidropónico de raíz flotante basado en IoT, diseñado para controlar y monitorear parámetros clave del agua, como pH, temperatura y sólidos disueltos totales. El sistema cuenta con un módulo de control embebido de 32 bits con conectividad Wi-Fi y sensores que miden estas variables en tiempo real. El ajuste de pH se realiza mediante bombas dosificadoras, la temperatura se regula con un sistema de refrigeración, y la calidad del agua se gestiona mediante recirculación y filtrado.

Para el monitoreo remoto, se emplearon los protocolos NTP y MQTT, permitiendo el almacenamiento de datos en la nube y la creación de informes históricos. Se realizaron dos experimentos con 12 semillas de lechuga romana cada uno, comparando un sistema manual y otro automático durante 9 días, en un ambiente de laboratorio sin control de factores externos a excepción del tipo de luz incidente. Al finalizar, se evaluó el tamaño promedio de las plántulas en ambos sistemas.

Los resultados parciales mostraron que las plántulas monitoreadas de forma automática crecieron más rápido: El crecimiento promedio del sistema manual fue de 77 mm, mientras que el automático alcanzó 126 mm, un incremento del 63.64%. Además, la implementación de un sistema de control automatizado en el entorno hidropónico demostró tener un impacto significativo en la estabilidad y optimización de las variables ambientales clave. Esta tecnología promete mejorar la seguridad alimentaria y optimizar la producción agrícola en México.