REVISTA
JUVENTUD
Y
CIENCIA
SOLIDARIA:
En
el
camino
de
la
investigación
Implementación
de
un
sistema
de
IoT
de
monitoreo
y
control
ambiental
para
vermicompostaje
integrando
tecnologías
de
bajo
costo
en
un
sistema
agroecológico
de
producción
limpia
Dylan
Alexis
Vargas
Basantes,
Michael
Bryan
Morejon
Moscoso,
Mateo
Josué
Santillán
Cárdenas,
Mathiu
Fransua
Rivera
Salazar
Mi
nombre
es
Dylan
Alexis
Vargas
Basantes
,
tengo
17
años.
Estudio
en
el
tercer
año
BTI
de
la
U.E.
Técnico
Salesiano
“Don
Bosco”.
Me
gusta
escuchar
música
y
jugar
fútbol.
Quiero
estudiar
una
carrera
relacionada
con
tecnologías
de
la
información
en
la
universidad.
Mi
nombre
es
Michael
Bryan
Morejon
Moscoso
,
tengo
17
años.
Estudio
en
el
tercer
año
BTI
de
la
U.E.
Técnico
Salesiano
“Don
Bosco”.
Me
gustan
los
videojuegos,
escuchar
música
y
los
deportes
de
contacto.
Quiero
estudiar
Negocios
Internacionales
en
la
universidad.
Mi
nombre
es
Mateo
Josué
Santil-
lán
Cárdenas
,
tengo
17
años
y
estudio
en
la
U.E.
Técnico
Salesiano
“Don
Bosco”.
Me
gusta
la
tecnología,
los
videojuegos
y
aprender
cosas
nuevas.
En
el
futuro,
quiero
estudiar
una
carrera
relacionada
con
el
desarrollo
de
software.
Mi
nombre
es
Mathiu
Fransua
Rivera
Salazar
,
tengo
18
años.
Estudio
en
el
tercer
año
BTI
de
la
U.E.
Técnico
Salesiano
“Don
Bosco”.
Me
gusta
ir
al
gimnasio
y
escuchar
música
mientras
entreno
o
salgo
a
caminar.
Quiero
estudiar
marketing
e
independizarme
pronto.
17
18
Juventud
y
Ciencia
Solidaria
Resumen
El
presente
proyecto
consistió
en
el
desarrollo
de
un
prototipo
de
vermicompostero
inteligente
basado
en
Internet
de
las
Cosas
(IoT)
para
el
monitoreo
de
va-
riables
ambientales
en
tiempo
real.
El
sistema
fue
instalado
en
la
finca
Santillán,
ubicada
en
Calderón,
para
el
tratamiento
de
residuos
orgánicos
mediante
vermicompostaje
con
lombrices.
El
objetivo
fue
diseñar
y
construir
un
sistema
automa-
tizado
capaz
de
supervisar
las
condiciones
necesarias
para
este
proceso.
La
metodología
incluyó
investigación
teórica,
diseño,
construcción
y
validación
del
prototipo.
Los
resultados
demostraron
que
el
sistema
permitió
monitorear
eficientemente
las
variables
ambientales
y
facilitar
el
control
del
proceso
de
producción
de
abono
orgánico.
Palabras
clave:
vermicompostero
inteligente,
diseño,
construcción,
monitoreo
ambiental,
sistema
IoT,
abono
orgánico
Explicación
del
tema
El
proyecto
consiste
en
la
creación
de
un
sistema
de
vermicompostero
inteligente
que
automatiza
el
proceso
de
transformación
de
desechos
orgánicos
en
abono
de
alta
calidad,
conocido
como
humus.
Para
su
funcionamiento
se
utilizó
un
microcontro-
lador
ESP32
[1]
junto
con
sensores
especializados
en-
cargados
de
monitorear
variables
como
la
temperatura
y
la
humedad
del
sustrato.
Mediante
el
seguimiento
de
estas
condiciones,
el
sistema
mantiene
un
ambiente
adecuado
para
el
desa-
rrollo
de
las
lombrices
y
el
proceso
de
vermicompostaje.
Conceptos
previos
Vermicompostero
El
vermicompostaje
es
un
proceso
ecológico
que
uti-
liza
lombrices,
generalmente
la
roja
californiana,
para
transformar
residuos
orgánicos
domésticos
en
humus
de
lombriz,
un
fertilizante
de
alta
calidad
rico
en
nu-
trientes.
Es
una
técnica
eficiente,
rápida
y
limpia
para
reducir
la
basura
orgánica
del
hogar,
combatiendo
el
cambio
climático
al
evitar
la
generación
de
metano
en
vertederos
[2,3].
Figura
1.
Vermicompostaje
Fuente:
Autores
Monitoreo
ambiental
El
monitoreo
ambiental
es
el
proceso
sistemático
y
continuo
de
medición,
muestreo
y
evaluación
de
com-
ponentes
físicos,
químicos
y
biológicos,
como
aire,
agua,
suelo
y
ruido.
Su
objetivo
es
gestionar
impactos,
asegu-
rar
el
cumplimiento
de
normativas,
proteger
la
salud
humana
y
los
ecosistemas,
y
detectar
la
contaminación
en
actividades
industriales
o
proyectos
[4].
Figura
2.
Monitoreo
ambiental
Fuente:
Autores
En
el
camino
de
la
investigación
19
Materiales
y
herramientas
Tabla
1.
Materiales
y
componentes
utilizados
Componente
Cantidad
Función
Imagen
ESP32
1
Control
y
automatización.
SHIELD
30P
1
Energizar
la
placa.
Bomba
de
agua
12
V
1
Impulsión
del
agua.
Medidor
de
temperatura
y
humedad
2
Enviar
datos
de
temperatura
de
la
zona.
DHT22
3
Monitorear
la
temperatura
ambiental.
MG811
1
Medir
la
concentración
de
dióxido
de
carbono.
Madera
4
Armado
estructural
del
vermicompostero.
Mallas
de
plástico
4
Separación
entre
cajones
y
zonas
del
vermicompostero.
Fuente:
Autores
Metodología
y
diseño
del
vermicompos-
tero
Arquitectura
del
prototipo
El
sistema
está
conformado
por
una
estructura
de
tres
niveles
destinada
al
proceso
de
vermicompostaje,
donde
se
depositan
los
residuos
orgánicos
y
se
desar-
rolla
la
actividad
de
las
lombrices
para
la
producción
de
humus.
Para
monitorear
las
condiciones
internas
se
instalaron
sensores
de
temperatura,
humedad
y
dióxido
de
carbono
(CO
2
),
encargados
de
recopilar
informa-
ción
en
tiempo
real
y
enviarla
al
microcontrolador
ESP32
[1,4].
Todos
los
dispositivos
se
conectan
medi-
ante
un
sistema
de
cableado
estructurado
que
utiliza
cable
UTP,
conectores
RJ45
y
cajetines
de
conexión
distribuidos
en
cada
nivel.
20
Juventud
y
Ciencia
Solidaria
La
información
obtenida
por
los
sensores
es
proce-
sada
por
el
ESP32,
que
puede
activar
automáticamente
el
sistema
de
ventilación
y
el
sistema
de
riego
cuando
las
condiciones
ambientales
lo
requieren.
Además,
se
incorporó
una
etapa
de
potencia
independiente
alimen-
tada
con
una
fuente
externa
de
12
V
para
controlar
los
ventiladores
y
la
bomba
de
agua
mediante
señales
PWM
[5].
Finalmente,
los
datos
registrados
son
envia-
dos
a
una
página
web
para
su
visualización
y
monitoreo
remoto.
Figura
3.
Metodología
y
diseño
general
del
vermicompos-
tero
IoT
Fuente:
Autores
Metodología
de
control
La
metodología
de
control
utilizada
en
el
vermicom-
postero
IoT
se
basa
en
la
adquisición,
procesamiento
y
respuesta
automática
de
los
datos
obtenidos
por
los
sensores
instalados
en
los
diferentes
niveles
del
sistema.
Los
sensores
de
temperatura,
humedad
y
dióxido
de
carbono
registran
continuamente
las
condiciones
in-
ternas
del
vermicompostero
y
envían
esta
información
al
microcontrolador
ESP32,
encargado
de
analizar
las
lecturas
y
compararlas
con
los
parámetros
definidos
en
la
programación
[5].
Cuando
la
humedad
del
sustrato
desciende
por
debajo
de
los
valores
establecidos,
el
sistema
activa
automáticamente
la
bomba
de
agua.
De
igual
forma,
cuando
la
temperatura
o
la
concentración
de
CO
2
al-
canzan
niveles
que
requieren
una
mayor
renovación
de
aire,
el
ESP32
activa
los
ventiladores
mediante
señales
PWM.
Paralelamente,
la
información
se
envía
a
una
página
web
alojada
en
el
ESP32
para
visualizar
en
tiempo
real
las
variables
monitoreadas
y
el
estado
de
los
actuadores.
Esquemas
Diagrama
de
bloques
El
diagrama
de
bloques
muestra
el
funcionamiento
general
del
vermicompostero
inteligente.
Los
sensores
de
temperatura,
humedad
y
CO
2
recopilan
datos
en
tiempo
real
y
los
envían
al
ESP32,
que
procesa
la
infor-
mación
y
controla
los
actuadores
según
los
parámetros
establecidos.
Cuando
es
necesario,
activa
el
sistema
de
ventilación
o
el
sistema
de
riego
automático
[4].
Mediante
conexión
WiFi,
el
ESP32
transmite
los
datos
a
una
interfaz
web.
Figura
4.
Diagrama
de
bloques
del
vermicompostero
inteligente
Fuente:
Autores
En
el
camino
de
la
investigación
21
Diagrama
de
flujo
El
proceso
inicia
con
la
configuración
de
los
sensores,
actuadores
y
la
conexión
WiFi.
Luego,
el
sistema
rea-
liza
la
lectura
continua
de
los
sensores
de
temperatura,
humedad
y
CO
2
,
verificando
si
opera
en
modo
manual
o
automático.
En
modo
automático,
el
ESP32
controla
los
ventiladores
según
los
valores
de
temperatura
y
CO
2
,
y
activa
la
bomba
de
agua
cuando
la
humedad
del
suelo
es
baja.
Finalmente,
los
datos
y
el
estado
de
los
actuadores
se
envían
a
la
página
web
para
su
monitoreo
en
tiempo
real,
repitiendo
el
ciclo
cada
dos
segundos.
Figura
5.
Diagrama
de
flujo
del
vermicompostero
Fuente:
Autoras
Construcción
y
desarrollo
El
circuito
electrónico
fue
diseñado
utilizando
un
ESP32
como
controlador
principal,
encargado
de
proce-
sar
la
información
obtenida
por
los
sensores
de
tem-
peratura,
humedad
y
dióxido
de
carbono
[1].
Para
au-
tomatizar
el
funcionamiento
del
sistema
se
incorporó
una
etapa
de
potencia
basada
en
transistores
2N3904
y
MOSFET
IRLZ44N,
utilizada
para
controlar
los
venti-
ladores
y
la
bomba
de
agua
mediante
señales
PWM
[5].
Además,
se
empleó
una
fuente
de
alimentación
externa
de
12
V
para
suministrar
energía
a
los
actuadores
sin
afectar
el
funcionamiento
del
microcontrolador.
Figura
6.
Conexiones
eléctricas
del
vermicompostero
Fuente:
Autores
22
Juventud
y
Ciencia
Solidaria
Como
parte
del
desarrollo
del
proyecto,
se
diseñó
una
página
web
integrada
en
el
ESP32
para
el
moni-
toreo
y
control
del
vermicompostero
inteligente.
La
interfaz
permite
visualizar
en
tiempo
real
las
lecturas
de
temperatura,
humedad
y
concentración
de
CO
2
obtenidas
por
los
sensores
[4].
También
se
incorporaron
controles
para
operar
los
ventiladores
y
la
bomba
de
agua
en
modo
manual,
junto
con
indicadores
que
mues-
tran
el
modo
de
funcionamiento
activo.
La
página
web
se
aloja
directamente
en
el
ESP32
y
puede
ser
accedida
desde
cualquier
dispositivo
conectado
a
la
misma
red
WiFi.
Figura
7.
Página
web
de
monitoreo
del
vermicompostero
Fuente:
Autores
Finalmente,
se
desarrolló
una
página
web
de
mo-
nitoreo
y
control
para
supervisar
en
tiempo
real
el
funcionamiento
del
vermicompostero
inteligente.
La
in-
terfaz
fue
diseñada
para
actualizar
automáticamente
la
información
cada
tres
segundos,
permitiendo
visualizar
las
mediciones
de
temperatura
y
humedad
registradas
en
los
sustratos
monitoreados.
Además,
muestra
el
estado
de
las
variables
ambientales
y
permite
activar
o
desactivar
manualmente
el
sistema
de
riego
cuando
sea
necesario.
Figura
8.
Interfaces
finales
de
la
página
web
Fuente:
Autores
Planos
y
distribución
del
vermicompostero
El
bosquejo
conceptual
presenta
la
estructura
general
del
vermicompostero
inteligente.
La
propuesta
está
conformada
por
tres
niveles
destinados
al
proceso
de
vermicompostaje,
permitiendo
distribuir
el
material
orgánico
y
monitorear
las
condiciones
internas
en
cada
compartimento
[2].
Cada
nivel
incorpora
un
cajetín
de
conexión
externo
para
organizar
el
cableado
de
los
sensores.
La
estructura
posee
un
diseño
modular
que
permite
retirar
cada
bandeja
de
forma
independiente
para
mantenimiento,
inspección
o
recolección
del
ma-
terial
procesado.
En
la
parte
superior
se
encuentra
una
tapa
que
protege
el
contenido
de
factores
externos,
mientras
que
la
base
proporciona
estabilidad.
Figura
9.
Bosquejo
general
del
vermicompostero
Fuente:
Autores
Implementación
de
los
pisos
del
vermicompos-
tero
Figura
10.
Nivel
3
del
vermicompostero
Fuente:
Autores
Nivel
3
–
Monitoreo
ambiental.
Este
nivel
su-
pervisa
las
condiciones
atmosféricas
presentes
dentro
del
vermicompostero
mediante
ventiladores
de
extrac-
ción
encargados
de
renovar
el
aire,
reducir
la
acumu-
lación
de
CO
2
,
disipar
el
calor
generado
por
la
activi-
dad
biológica
y
favorecer
la
oxigenación
del
sistema.
En
el
camino
de
la
investigación
23
También
incorpora
sensores
DHT22
que
registran
con-
tinuamente
la
temperatura
y
la
humedad
relativa
del
aire,
y
un
sensor
MG811
que
mide
la
concentración
de
dióxido
de
carbono
producida
durante
la
descomposi-
ción
de
la
materia
orgánica.
Nivel
2
–
Monitoreo
del
sustrato.
Este
com-
partimento
controla
las
condiciones
físicas
del
material
en
proceso
de
vermicompostaje
mediante
un
sensor
de
humedad
FC-28
y
un
sensor
de
temperatura
DS18B20,
permitiendo
evaluar
la
actividad
microbiana
y
la
esta-
bilidad
térmica
del
proceso
[2].
Nivel
1
–
Monitoreo
complementario.
Este
nivel
incorpora
sensores
equivalentes
a
los
del
nivel
2
con
el
fin
de
obtener
mediciones
adicionales
y
com-
parar
las
condiciones
presentes
entre
los
compartimen-
tos.
Los
cajetines
de
conexión
funcionan
como
puntos
de
distribución
y
protección
del
cableado.
En
la
base
del
vermicompostero
se
encuentra
el
cajetín
principal
de
control,
donde
se
alojan
el
ESP32,
la
fuente
de
alimentación,
los
módulos
MOSFET
y
los
circuitos
auxiliares.
Figura
11.
Conexiones
de
los
pisos
1
y
2
Fuente:
Autores
Figura
12.
Conexiones
de
los
pisos
1
y
2
Fuente:
Autores
Diagrama
de
conexiones
y
rutas
de
cableado
El
sistema
eléctrico
fue
organizado
mediante
una
ar-
quitectura
centralizada
en
la
que
todos
los
sensores
y
actuadores
se
conectan
al
microcontrolador
ESP32
ubi-
cado
dentro
del
cajetín
principal
de
control
instalado
en
la
parte
inferior
de
la
estructura
[1].
En
el
Nivel
3
se
encuentran
conectados
los
sensores
DHT22,
el
sensor
de
dióxido
de
carbono
MG811
y
los
ventiladores.
En
el
Nivel
2
se
instalaron
un
sensor
de
humedad
FC-28
y
un
sensor
de
temperatura
DS18B20.
De
igual
forma,
en
el
Nivel
1
se
ubicaron
otro
sensor
FC-28
y
otro
sensor
DS18B20.
Todo
el
cableado
se
distribuye
verti-
calmente
mediante
una
canalización
central
que
enlaza
los
diferentes
niveles
con
el
cajetín
principal
de
control.
Resultados
Los
datos
obtenidos
durante
los
diez
días
de
monitoreo
permiten
observar
el
comportamiento
de
las
princi-
pales
variables
evaluadas
dentro
del
vermicompostero
inteligente.
La
humedad
del
sustrato
se
mantuvo
entre
el
72%
y
el
79%,
valores
que
indican
una
disponibilidad
adecuada
de
agua
para
el
desarrollo
de
las
lombrices
y
la
actividad
microbiana
responsable
de
la
descom-
posición
de
la
materia
orgánica
[2].
La
temperatura
registró
valores
comprendidos
entre
24
.
5
◦
C
y
26
.
8
◦
C,
manteniéndose
dentro
de
un
rango
estable
durante
el
período
de
evaluación.
En
cuanto
a
la
concentración
de
dióxido
de
car-
bono,
se
registraron
valores
entre
820
ppm
y
1050
ppm,
evidenciando
la
actividad
biológica
generada
durante
la
degradación
de
los
residuos
orgánicos.
Los
valores
más
elevados
de
CO
2
coincidieron
con
los
días
en
los
que
se
registraron
temperaturas
ligeramente
superiores,
lo
que
sugiere
una
mayor
actividad
microbiana
en
el
sustrato.
24
Juventud
y
Ciencia
Solidaria
Figura
13.
Comportamiento
de
las
variables
durante
el
monitoreo
Fuente:
Autores
Tabla
2.
Resultados
obtenidos
durante
diez
días
de
monitoreo
Día
Humedad
del
sustrato
(%)
Temperatura
(°C)
CO
2
(ppm)
1
78
24.5
820
2
76
25.1
870
3
75
25.8
910
4
73
26.2
980
5
72
26.8
1050
6
74
26.0
970
7
77
25.4
890
8
79
24.9
850
9
76
25.6
930
10
74
26.1
1010
Fuente:
Autores
Conclusiones
En
el
proyecto
se
evidenció
que
el
uso
de
un
sistema
IoT
basado
en
ESP32
conectado
con
sensores
de
humedad,
temperatura
y
CO
2
para
medir
las
condiciones
del
suelo
logró
mejorar
y
automatizar
el
proceso
del
vermi-
compostaje.
Todo
esto
permitió
supervisar
y
controlar
a
distancia,
ofreciendo
una
solución
de
fácil
acceso
para
la
gestión
sostenible
de
residuos
orgánicos
[1,4].
La
aplicación
de
la
lógica
de
control
a
través
de
al-
goritmos
condicionales,
con
límites
establecidos
previa-
mente
(humedad
menor
del
30%,
temperatura
mayor
a
32
◦
C,
CO
2
superior
a
1000
ppm),
posibilita
que
el
sistema
responda
de
manera
autónoma
y
eficaz
[5].
Esta
automatización
busca
asegurar
que
las
condi-
ciones
internas
del
vermicompostero
permanezcan
en
niveles
adecuados
sin
intervención
constante.
El
sis-
tema
está
compuesto
por
cuatro
bloques
funcionales
claramente
definidos:
actuadores,
interfaz
web,
proce-
samiento
ESP32
y
sensores;
además,
presenta
un
diseño
físico
de
tres
cajones
apilables.
Esto
facilita
la
escal-
abilidad
y
la
replicación.
Esta
arquitectura
modular
permite
ampliar
el
sistema
en
el
futuro,
por
ejem-
plo
añadiendo
otros
cajones
de
compostaje
o
sensores
nuevos
e
integrándolo
con
plataformas
para
analizar
datos
en
la
nube.
El
desarrollo
del
proyecto
abarca
desde
la
determi-
nación
de
los
componentes
hasta
el
diseño
del
diagrama
de
bloques.
Se
realizó
un
diseño
técnico
con
una
es-
tructura
documental
formal
que
evidencia
los
datos
obtenidos
por
los
sensores.
También
este
proyecto
puede
ser
trasladado
a
fu-
turos
proyectos
integradores
en
términos
pedagógicos
en
el
ámbito
de
sistemas
IoT
y
sostenibilidad
ambien-
tal.
En
el
camino
de
la
investigación
25
Referencia
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Systems,
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Series
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2019.