Este documento expone el planteamiento, diseño y desarrollo para un prototipo de una planta automatizada para el tratamiento de agua potable. En el municipio de Fosca (Cundinamarca) se encuentra una vereda cuyo nombre es El Herrero donde es inexistente el servicio de acueducto por lo tanto no hay agua potable. Para darle una solución a este problema mediante la ingeniería se propone lograr automatizar correctamente un proceso del tratamiento del agua cruda y poder obtener a la salida agua limpia y potable apta para consumo humano. Se presenta a continuación una propuesta de solución por parte de la ingeniería electrónica, para lograrlo se tiene en cuenta el cambio de las diferentes variables fisicoquímicas obtenidas por los sensores que componen el sistema las cuales son Caudal, Turbidez y pH, donde previamente son analizadas por el sistema de medición y procesamiento, donde por medio de un algoritmo de programación se realiza el proceso de medición, control y ejecución de la diferentes tareas que debe realizar el sistema para poder lograr hacer el tratamiento del agua cruda que ingresa y a la salida poder obtener agua limpia y esterilizada apta para el consumo humano. La planta cuenta con su propio sistema de visualización. En este sistema se encuentra a disposición un panel de control donde puede se pueden ejecutar 3 configuraciones preestablecidas las cuales son el encendido del sistema, el mantenimiento y la inhabilitación del mismo, en esta interfaz también es posible visualizar en tiempo real la medición de cada variable física en sus diferentes etapas y de esta manera poder garantizar al usuario que las condiciones en las cuales la planta está operando son las correctas y por lo tanto la calidad del producto entregado esta entre los rangos establecidos. Para poder hacer el tratamiento del agua y poder realizar la respectiva limpieza, desinfección y purificación fue necesario el uso de dosificadores electrónicos para el dispensado de los elementos químicos para tratamiento de agua como lo son el poli cloruro de aluminio, cloro y neutralizadores de pH. El resultado obtenido del sistema implementado y puesto en operación es el esperado, debido a que se puede evidenciar en las pruebas realizadas al sistema que es capaz medir, procesar y visualizar de realizar la limpieza y desinfección del agua cumpliendo los objetivos en cada una de las etapas del proceso y obteniendo a la salida agua debidamente tratada apta para consumo humano. | Ingeniero Electrónico | Pregrado | This document exposes the approach, design and development for a prototype of an automated plant for the treatment of drinking water. In the municipality of Fosca (Cundinamarca) there is a path whose name is El Herrero where the aqueduct service is nonexistent therefore there is no drinking water. To give a solution to this problem through engineering, it is proposed to successfully automate a process of the treatment of raw water and to obtain the exit of clean and potable water suitable for human consumption. A solution proposal by electronic engineering is presented below, to achieve this, the change of the different physicochemical variables obtained by the sensors that make up the system, which are Flow, Turbidity and pH, where they are previously analyzed by the measurement and processing system, where through a programming algorithm the process of measurement, control and execution of the different tasks that the system must perform is carried out to be able to make the treatment of the raw water that enters and at the exit to be able to obtain clean and sterilized water suitable for human consumption. The plant has its own display system. In this system there is an arrangement of a control panel where you can configure 3 preset configurations which are the power on, maintenance and disabling of the system, in this interface it is also possible to visualize in real time the measurement of each variable physical in its different stages and in this way to be able to control the user that the conditions in which the plant is operating are the corrections and therefore the quality of the delivered product is between the established ranges. To be able to do the water treatment and to be able to perform the respective cleaning, disinfection and purification it was necessary to use electronic dispensers for the dispensing of chemical elements for water treatment such as poly aluminum chloride, chlorine and pH neutralizers. The result obtained from the system implemented and put into operation is as expected, because it can be evidenced in the tests carried out on the system that it is able to measure, process and visualize the cleaning and disinfection of water, fulfilling the objectives in each of the stages of the process and obtaining at the exit necessary water treated suitable for human consumption .

Este trabalho teve como objetivo avaliar sensores capacitivos desenvolvidos para monitorar o teor de água do solo. Os sensores foram submetidos a testes para avaliar o efeito da temperatura, o tempo de resposta, obter a equação de calibração e determinar a sua sensibilidade. Foram analisados em diferentes situações (solo, água e ar) e temperaturas (25 ºC; 20 ºC; 15 ºC; 10 ºC; 5º C e 0 ºC). A calibração foi efetuada com um dos sensores capacitivos instalado em uma coluna de solo (indeformada) contida em um tubo de PVC (0,015066 m³) e suspensa em um dos lados de uma balança de braços. Na outra extremidade da balança, havia uma célula de carga conectada a um sistema de aquisição de dados. Os resultados indicaram redução na frequência do sensor capacitivo com o aumento da temperatura. O sensor capacitivo apresentou alta velocidade de resposta (menos de um segundo) ao imergi-lo na água e às variações da quantidade de água na amostra de solo e detectou as mudanças de perda de água pela coluna de solo no decorrer deste experimento, apresentando maior sensibilidade à medida que se diminui o conteúdo de água no solo. Portanto, o sensor capacitivo pode ser utilizado para determinar o teor de água do solo de forma adequada.<br>This paper aims to evaluate a capacitance sensor for monitoring soil water content. Capacitance sensors were tested to evaluate the effect of temperature and response time, and to obtain the calibration equation and their sensitivity. Sensors were placed in different environments (soil, water and air) and temperatures (25 ºC, 20 ºC, 15 ºC, 10 ºC, 5 ºC and 0 ºC). The calibration was performed with one of the capacitance sensors installed in a PVC column containing 0.015066 m³of undisturbed soil and hanged on one side of a scale with a load cell connected to a data acquisition board on the other side. Results showed reductions in the frequency response of the capacitance sensor with increasing temperature. The response time was low (less than one second) as it was immersed into water, as well as to an abrupt change in soil moisture in the soil column. It was verified that the sensitivity of the sensor increases as the soil moisture decreases. Therefore, the capacitance sensor can be used to determine the soil moisture.

Este trabalho teve como objetivo avaliar sensores capacitivos desenvolvidos para monitorar o teor de água do solo. Os sensores foram submetidos a testes para avaliar o efeito da temperatura, o tempo de resposta, obter a equação de calibração e determinar a sua sensibilidade. Foram analisados em diferentes situações (solo, água e ar) e temperaturas (25 ºC; 20 ºC; 15 ºC; 10 ºC; 5º C e 0 ºC). A calibração foi efetuada com um dos sensores capacitivos instalado em uma coluna de solo (indeformada) contida em um tubo de PVC (0,015066 m³) e suspensa em um dos lados de uma balança de braços. Na outra extremidade da balança, havia uma célula de carga conectada a um sistema de aquisição de dados. Os resultados indicaram redução na frequência do sensor capacitivo com o aumento da temperatura. O sensor capacitivo apresentou alta velocidade de resposta (menos de um segundo) ao imergi-lo na água e às variações da quantidade de água na amostra de solo e detectou as mudanças de perda de água pela coluna de solo no decorrer deste experimento, apresentando maior sensibilidade à medida que se diminui o conteúdo de água no solo. Portanto, o sensor capacitivo pode ser utilizado para determinar o teor de água do solo de forma adequada. | This paper aims to evaluate a capacitance sensor for monitoring soil water content. Capacitance sensors were tested to evaluate the effect of temperature and response time, and to obtain the calibration equation and their sensitivity. Sensors were placed in different environments (soil, water and air) and temperatures (25 ºC, 20 ºC, 15 ºC, 10 ºC, 5 ºC and 0 ºC). The calibration was performed with one of the capacitance sensors installed in a PVC column containing 0.015066 m³of undisturbed soil and hanged on one side of a scale with a load cell connected to a data acquisition board on the other side. Results showed reductions in the frequency response of the capacitance sensor with increasing temperature. The response time was low (less than one second) as it was immersed into water, as well as to an abrupt change in soil moisture in the soil column. It was verified that the sensitivity of the sensor increases as the soil moisture decreases. Therefore, the capacitance sensor can be used to determine the soil moisture.

Cada vez mais a água doce se torna escassa em todo o mundo e, diante desse problema, neste trabalho propõe-se desenvolver uma tecnologia visando utilizá-la de forma racional e inteligente em sistemas de irrigação. Tanto o excesso quanto a falta de água são fatores que afetam a produtividade das lavouras irrigadas e, conseqüentemente, o retorno econômico desse sistema de produção. Portanto, é interessante estabelecer um ponto ótimo entre a quantidade mínima de água aplicada e a máxima produtividade da cultura. Neste trabalho, foram desenvolvidos sensores do teor de água do solo, dois tipos de circuito de medição, um painel eletrônico gerenciador do acionamento do sistema de irrigação e uma rede sem fio para realizar a transmissão dos dados dos sensores até o painel. Portanto, o acionamento do sistema de irrigação será feito em malha fechada e em tempo real, de acordo com a avaliação do teor de água do solo. Os sensores foram construídos com três hastes paralelas de aço inoxidável, sustentados por resina de poliéster em sua parte superior. O seu princípio de funcionamento é baseado na capacitância de um capacitor, tendo como dielétrico o material de solo entre as hastes que formam os sensores. Assim, quando houver variação na constante dielétrica do solo localizado entre as hastes, devido à presença de água, a capacitância do sensor também irá variar. Dois tipos de revestimentos para isolar as hastes dos sensores foram testados: (i) verniz isolante do tipo usado em enrolamentos de motor e (ii) massa epóxi. Dois tipos de circuito de medição do sinal dos sensores foram avaliados: (i) ponte de corrente alternada e (ii) oscilador. Ambos os circuitos possuem um microcontrolador, que disponibiliza o seu sinal no formato digital para a rede sem fio. O painel de controle também foi baseado em um microcontrolador, além de botões, visor de cristal líquido e relés de estado sólido para o acionamento do conjunto moto-bomba e das válvulas direcionadoras do fluxo de água do sistema de irrigação. Na rede sem fio foi utilizada topologia estrela. Deste modo, o painel comunica-se diretamente com cada sensor, que possui endereço fixo. No seu algoritmo, foi implementado um sistema mestre-escravo. Portanto, o painel (mestre) solicita o dado de determinado sensor (escravo) por meio do seu endereço. Em seguida, o sensor responde ao pedido com a medição do teor de água do solo. São realizadas três tentativas de pedido, retornando sinal de falha no caso em que todas elas fracassarem. Portanto, são armazenados, temporariamente, dois vetores na memória do microcontrolador do painel: (i) um vetor de dados dos sensores e (ii) um vetor indicando possível falha na transmissão. Desenvolveu-se também, neste algoritmo, a possibilidade de repetição do sinal. Neste caso, para os sensores mais distantes, o pedido e a resposta são retransmitidos pelo circuito de um sensor mais próximo do painel. Os dois tipos de sensores foram calibrados tomando-se como referência o método padrão de estufa. Foram colocadas três amostras de material de solo Neossolo Quartzarênico, de propriedades físico-químicas conhecidas, em três recipientes de volume conhecido. Essas amostras foram saturadas e, em seguida, um sensor foi inserido em cada amostra e foram medidos o seu sinal de saída no circuito eletrônico e a massa da amostra. Em seguida, as amostras foram colocadas em uma estufa para secagem. O mesmo procedimento foi realizado diariamente, até que a variação da quantidade de água nas amostras de solo se tornasse, praticamente, constante. No fim do experimento, obteve-se a massa de solo seco e, a partir deste dado, o teor de água do solo para cada medição. Por fim, ajustou-se um modelo matemático para estimar o teor de água do solo a partir da correlação entre os dados do método de referência (padrão de estufa) com os dados medidos pelo circuito eletrônico. No experimento utilizando sensores com hastes recobertas por verniz isolante, obteve-se um coeficiente de determinação de 93,17% e uma precisão nas medidas de -1±0,010kgkg. No experimento utilizando sensores com hastes recobertas por massa epóxi, não foi possível ajustar qualquer modelo matemático aos dados experimentais. Com base nos resultados obtidos, concluiu-se que o sensor com hastes recobertas por verniz isolante e seu circuito de medição podem ser utilizados na automação de sistemas de irrigação, juntamente com o painel controlador e a rede sem fio para transmissão de dados. | Fresh water becomes increasingly scarce in the world, and for dealing with this problem, in this work it is proposed to develop a technology aiming to use it in a rational and intelligent way in irrigation systems. Both excess and deficit of water are factors that affect the productivity of irrigated crops and, consequently, the economic return of this production system. Therefore, it is interesting to establish an optimal point between the minimum amount of water applied and the maximum yield. In this work, there were developed sensors of soil water content, two types of measurement circuit, an electronic panel for controlling and management of the irrigation system, and a wireless network for transmission of data from the sensors to the panel. Therefore, the actuation on of the irrigation system (turn it on or off) will be done in closed loop, and in real-time, according to the evaluation of the soil water content. The sensors were constructed with three parallel stainless steel rods, supported by polyester resin at the top. Its working principle is based on the capacitance of a capacitor, with the dielectric been the soil material between the rods that form the sensors. Thus, when there is variation in the dielectric constant of the soil located between the rods, due to the presence of water, the capacitance of the sensor will also vary. Two types of coatings to insulate the sensors rods were tested: (i) insulating varnish of the type used in motor windings and (ii) epoxy paste. Two types of circuit for measuring the signal from the sensors were evaluated: (i) ac bridge and (ii) oscillator. Both circuits have a microcontroller, which provides its signal in digital format for the wireless network. The control panel was also based on a microcontroller, plus buttons, liquid crystal display, and solid state relays for actuation on the pump-motor set and on the valves that direct the flow of water of the irrigation system. The wireless network was configures using star topology. Thus, the panel communicates directly with each sensor, which has a fixed address. In his algorithm was implemented a master-slave system.Therefore, the panel (master) requests the data of a given sensor (slave) through its address. Then, the sensor responds to the request with the measurement of the water content of soil. Three requests attempts are made, returning fault signal in case they all fail. So, two vectors are temporarily stored in the memory of the panel microcontroller: (i) a vector containing the sensor data and (ii) a vector indicating a possible failure of the transmission. It was also developed in this algorithm the possibility of repeating the signal. In this case, for more remote sensors the request and response are retransmitted by the circuit of a sensor closer to the panel. The two types of sensors were calibrated using the standard oven method as reference. Three samples of Neossolo Quartzarênico soil material of known physical and chemical properties were placed in three recipients of known volume. These samples were saturated and then a sensor was inserted in each sample and its output signal was measured in the electronic circuit, and the mass of the sample was also determined. Then the samples were placed in an oven for drying. The same procedure was performed daily until the variation of the amount of water in the soil samples became practically constant. At the end of the experiment the mass of dried soil was obtained, and from these data the water content of the soil was determined for each measurement. Finally, a mathematical model was fitted to estimate the soil water content from the correlation between the data of the reference method (standard oven method) with the data measured by the electronic circuit. In the experiment using sensors with the rods covered with insulating varnish, it was obtained a coefficient of determination of 93.17% and precision in the measures of -1±0.010kgkg. In the experiment using sensors with rods coated with epoxy paste, it was not possible to fit a mathematical model to the experimental data. Based on these results, it was concluded that the sensor with rods covered with insulating varnish and its measurement circuit can be used in the automation of irrigation systems, along with the controller panel and wireless network for data transmission.

La industria 4.0, conocida como cuarta revolución industrial, es responsable de la transformación en la forma de producir alimento, de manera eficiente y sostenible. Este estudio tiene como objetivo presentar los indicadores de productividad científica relacionadas con las nuevas tecnologías implementadas para la automatización de alimentación y medición de calidad de agua en tilapia y salmónidos. Para ello, se realizó un análisis bibliométrico usando la base de datos de Scopus de artículos publicados durante el 2018-2024. Los hallazgos muestras que la productividad científica empieza a tener más impulso en el año 2022. Sin embargo, persisten los desafíos relacionados con la falta de inversión y poco interés sobre el tema. En cuento a los parámetros de calidad de agua en salmónidos, los países más influyentes son Canadá, China, Noruega y Estados Unidos; mientras que en tilapia son Filipinas, Indonesia y Tailandia los artículos publicados están enfocados en el uso de herramientas tecnológicas para monitorizar y controlar parámetros de calidad de agua en tiempo real. En comparación con los países más influyentes en la automatización de la alimentación en salmónidos son Estados unidos, China y Noruega, mientras que, en el caso de la tilapia son Filipinas, China e Indonesia, los artículos publicados se centran en la automatización de la alimentación, resaltando beneficios como la precisión en la cantidad de ración, programación de horarios, mejorando el crecimiento homogéneo, la eficiencia en conversión alimenticia. Aunque Noruega es el principal país productor de salmónidos, no ocupa el primer lugar en la publicación de científicas, lo que refleja el enfoque gubernamental para el financiamiento de proyectos de investigación y el intercambio de conocimiento. Se puede concluir la importancia de monitorizar los parámetros de calidad de agua y los sistemas de automatización de alimentación para mitigar riesgos sanitarios, reducir la alta mortalidad, mejorar el bienestar animal, minimizar el impacto ambiental y mejorar la eficiencia de las prácticas de manejo sostenible y productivo. | Industry 4.0, known as the fourth industrial revolution, is responsible for the transformation in the way food is produced, efficiently and sustainably. This study aims to present the indicators of scientific productivity related to the new technologies implemented for the automation of feeding and water quality measurement in tilapia and salmonids. For this purpose, a bibliometric analysis was performed using the Scopus database of articles published during 2018-2024. The findings show that scientific productivity starts to have more momentum in the year 2022. However, challenges related to lack of investment and little interest in the subject persist. However, there are still challenges related to lack of investment and little interest in the subject. In terms of water quality parameters in salmonids, the most influential countries are Canada, China, Norway and the United States; while in tilapia, the Philippines, Indonesia and Thailand are the most influential countries. In comparison, the most influential countries in salmonid feed automation are the United States, China and Norway, while in the case of tilapia it is the Philippines, China and Indonesia, the published articles focus on feed automation, highlighting benefits such as precision in ration quantity, scheduling, improving homogeneous growth, feed conversion efficiency. Although Norway is the leading producer of salmonids, it does not rank first in the publication of scientific papers, reflecting the government's approach to funding research projects and knowledge sharing. We can conclude the importance of monitoring water quality parameters and feeding automation systems to mitigate health risks, reduce high mortality, improve animal welfare, minimize environmental impact and improve the efficiency of sustainable and productive management practices. | 1. Introducción. -- 2. Planteamiento problema. -- 3. Justificación. -- 4. Objetivos. -- 4.1. Objetivo general. -- 4.2. Objetivos específicos. -- 5. Marco conceptual. -- 5.1. Acuicultura inteligente. -- 5.2. Descripción de las especies en estudio. -- 5.2.1 Cíclidos. -- 5.2.2. Caracterización. -- 5.2.3 Salmón. -- 5.2.4. Caracterización. -- 5.3. Sensores. -- 5.3.1. Sensores inalámbricos-redes. -- 5.4. Internet de las cosas (IoT). -- 5.5. Inteligencia artificial. -- 5.5.1. Aprendizaje de máquinas. -- 5.6. Visión artificial. -- 5.7 Calidad de agua. -- 5.7.1 Parámetros fisicoquímicos. -- 5.8. Automatización de alimento. -- 5.9 Raciones de alimento. -- 5.10. Manejo de alimento. -- 6. Marco Normativo. -- 7. Estado del arte. -- 8. Metodología. -- 9. Análisis bibliométrico. -- 9.1. Red de desempeño por años de publicación. -- 9.2. Países más influyentes de automatización en parámetros de calidad de agua. -- 9.3 Países más influyentes en automatización de la alimentación. -- 9.4. Autores influyentes. -- 9.5. Instituciones influyentes en calidad de agua. -- 9.6. Instituciones influyentes en automatización de la alimentación. -- 10. Discusión. -- 10.1. Impacto de las tendencias de publicaciones. -- 10.2. Desafíos y limitaciones. -- 11. Conclusiones. -- 12. Bibliografía. | Pregrado | Médico veterinario

A pulverização de agrotóxicos tornou-se uma das operações mais repetidas nas propriedades rurais, isto ocorreu, principalmente, em função da adoção do sistema de semeadura direta. A facilidade para a aquisição de agrotóxicos é notória em todo o Brasil. Entretanto, a tecnologia para sua aplicação tem encontrado dificuldades para alcançar os produtores, inclusive, nas regiões de maior potencial agrícola. Objetivou-se, portanto, com este trabalho, desenvolver um sistema de controle do espectro de gotas, a fim de alterar os parâmetros da pulverização de agrotóxicos em função do déficit de pressão de vapor d água no ar. Na automatização do pulverizador utilizou-se um servomotor e um microcontrolador alimentados pela bateria do trator. Após a seleção da ponta, da ponta de jato cônico vazio JA-2, fez-se um estudo do espectro de gotas em toda a faixa de pressão recomendada para seu uso, em pulverizadores hidropneumáticos. Neste estudo utilizou-se um analisador de partículas laser. As pulverizações foram realizadas em três déficits de pressão de vapor d água no ar e em treze pressões de trabalho. O coeficiente de variação das pontas na bancada padrão apresentou valores entre 13 e 22% para as pressões de 633 e 1.477 kPa, respectivamente. O diâmetro da mediana volumétrica reduziu de 151 para 109 &#956;m com o aumento da pressão. A menor percentagem de gotas com tamanho menor que 100 &#956;m, maior que 300 &#956;m e entre 100 e 200 &#956;m foi obtida na pressão de trabalho de 774 kPa. O aumento do déficit de pressão de vapor d água no ar afetou os parâmetros da pulverização, e reduziu o tamanho de gotas. A automatização permitiu a manutenção do volume de calda, alterando o espectro de gotas em função do déficit de pressão de vapor d água no ar. O fluxo turbulento de ar e a configuração de projeto do ventilador foram um dos responsáveis pela distribuição irregular do liquido. A altura do dossel, a posição no plano horizontal da planta e a profundidade na copa afetam a pulverização de agrotóxicos na cultura da laranja. O aumento do déficit de pressão de vapor d água no ar, elevou o risco de evaporação e diminuiu o tamanho das gotas, reduzindo a deposição da calda. | Pesticide spraying is one of the most repeated operations in farms, this has occurred mainly due to adoption of no tillage. Facility for purchasing pesticides is notorious throughout Brazil. However, technology for its application has been difficult to reach the producers, even in regions with high agricultural potential. This work aimed to develop a system for controlling the droplet spectrum in order to change parameters for spraying pesticides according to the deficit of water vapor pressure in the air. For automating the spray we used a servomotor and a microcontroller fed by tractor battery. After selection of the tip, hollow cone JA-2, we made a droplet spectrum study throughout the pressure range recommended for use in hydro-pneumatic sprayers. For this study, a laser particle analyzer was used. Sprayings were carried out in three deficits of water vapor pressure in the air, for thirteen working pressures. The coefficient of tip variation on the pattern bench presented values between 13 and 22% for pressures of 633 and 1.477 kPa, respectively. The diameter of volume median reduced from 151 to 109 &#956;m with the increase of pressure. The lowest percentage of droplets with size lower than 100 micron, greater than 300 &#956;m and between 100 and 200 microns was obtained from the working pressure of 774 kPa. Increasing the deficit of water vapor pressure in the air effected spray parameters and reduced droplet size. Automation allowed the maintenance of spray volume by changing the droplet spectrum according to deficit of water vapor pressure in the air. The turbulent air flow and configuration design of fan were responsible for the liquid irregular distribution. The height of canopy, in horizontal position of the plant and canopy depth affects spraying of pesticides in orange crop. Increasing the deficit of water vapor pressure in the air, also increased risk of evaporation and reduced droplet size also reducing the deposition of the syrup. | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Trabalho apresentado no II SIAGRO.