disuelto y turbidez, que están conectados a microcontroladores encargados del procesamiento de datos

y la transmisión a través de redes (LPWAN). Estos datos son transmitidos a través de modulación de

radiofrecuencia LoRa, y están interconectados con un Gateway, que funciona como un enlace entre el

nodo final y la infraestructura de red convencional basada en TCP/IP, para retransmitirla empleando el

protocolo MQTT a un Bróker, alojado en un (VPS), de tal forma que la información se presenta

mediante una interfaz de usuario basada en Web, los datos son visualizados en un dashboard, con la

opción de acceder a tablas y gráficos de registro históricos de los parámetros monitoreados. Este método

permite que criaderos ubicados en zonas rurales lejanas, con un acceso limitado de ancho de banda a

internet, puedan contar con un sistema de monitoreo en tiempo real.

Aquaculture relies on traditional water quality monitoring systems, which involve manual control of

physicochemical parameters. For this reason, an automated real-time monitoring platform was

developed and implemented, enabling remote analysis of physicochemical variables in tilapia farms.

This system employs sensors for temperature, pH, dissolved oxygen, and turbidity, connected to

microcontrollers responsible for data processing and transmission via networks (LPWAN). These data

are transmitted using LoRa radio frequency modulation and interconnected with a Gateway, serving as

a link between the end node and conventional network infrastructure based on TCP/IP, to relay it using

Aceptado para publicación: 20 abril 2024

El desarrollo de la acuicultura se ha convertido en uno de los sectores de mayor crecimiento a nivel

mundial, siendo este método el principal proveedor de la mitad del pescado que se consume a nivel

control de calidad del agua en criaderos de Tilapia es un aspecto fundamental para garantizar

condiciones óptimas de crecimiento y salud de los peces. Sin embargo, los métodos tradicionales de

control de calidad del agua suelen ser realizados de forma manual, lo que limita la eficiencia y precisión

del proceso.

En este contexto, el presente artículo detalla el desarrollo e implementación de una plataforma Web

alojada en un servidor virtual privado (VPS), como solución para automatizar el control de calidad del

agua en criaderos de tilapia con foco en los parámetros fisicoquímicos considerados clave, como

temperatura, pH, oxígeno disuelto y turbidez, aplicando comunicación inalámbrica, redes de transporte

LPWAN (Low Power Wide Area Network) LoRa, el protocolo de mensajería ligera MQTT para el

intercambio de datos, y el uso de servicios en la nube que brinden la capacidad para un monitoreo

directa de datos numéricos precisos, los cuales se analizaron exhaustivamente para extraer conclusiones

relevantes. Además, se llevó a cabo un enfoque de investigación exploratoria, motivado por el

conocimiento previo sobre las tecnologías empleadas en el estudio. Este tipo de investigación

proporcionó una comprensión preliminar que facilitó la identificación del marco conceptual necesario

para abordar la temática en estudio de manera efectiva.

de los cultivos de tilapia son el reducido crecimiento y mortalidad elevada, asociadas al inadecuado

manejo del criadero (Ornelas-Luna et al., 2017).

Existen factores importantes en el desarrollo de los organismos acuáticos como la calidad de agua en

los estanques que varían según características físicas, químicas y biológicas. Se considera que el agua

es de buena calidad si presenta las concentraciones y niveles adecuados de temperatura, oxigeno, pH,

compuestos nitrogenados (amonio, nitritos y nitratos), entre otros.

El oxígeno disuelto en los cuerpos de agua es un indicador importante de calidad. Especies como

las tilapias toleran niveles bajos de oxígeno disuelto hasta de un 1 mg/l, pero existen niveles

apropiados para la crianza de esta y otras especies, en el caso de las tilapias las concentraciones

apropiadas deben ser mayores a 4 mg/ l. (Campos-Pulido, 2013).

El Potencial de Hidrógeno (pH). Mide la acidez y la alcalinidad del agua. Niveles bajos de pH en

La temperatura oscila entre 28 °C y 32 °C., cuando disminuye a los 15 ºC los peces dejan de comer

y cuando desciende a menos de 12 ºC no sobreviven por mucho tiempo. Cuando se presentan

cambios repentinos con un intervalo brusco de 5 ºC en la temperatura del agua, el pez se estresa y

se ha observado que algunas veces muere. Cuando la temperatura es mayor a 30 ºC los peces

consumen más oxígeno. Las temperaturas letales se ubican entre los 10-11 ºC (Coreas-Madrid et

al., 2022).

La turbidez del agua, indica la cantidad de partículas suspendidas presentes. Estas partículas pueden

incluir sedimentos, microorganismos y otros contaminantes. Según las directrices de calidad del

agua establecidas por Romero (1999), el rango óptimo se establece entre 25 y 35cm de visibilidad,

ya que ofrecen una comunicación robusta y confiable sin una gran exigencia en potencia. Una menor

frecuencia tiene menor atenuación y desvanecimiento por trayectorias múltiples ante obstáculos en la

LoRa (acrónimo de Long Range) es una tecnología LPWAN que se basa en una modulación de espectro

ensanchado (CSS) que permite una comunicación de larga distancia LoRa utiliza una frecuencia de

Según el sitio oficial MQTT.ORG (2022) donde se encuentra la documentación y recursos asociados,

MQTT (Message Queue Telemetry Transport) es un protocolo de mensajería estándar desarrollado por

OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards). Es utilizado como

transporte de mensajes bajo el modelo publicación/suscripción, extremadamente ligero, ideal para

conectar dispositivos remotos con un espacio de código pequeño y un ancho de banda de red mínimo.

En 2019, OASIS lanzó la versión 5 de MQTT actualizada. Ahora MQTT ya no es un acrónimo, sino

que se considera el nombre oficial del protocolo. MQTT significa Transporte de telemetría de mensajes

en cola. La arquitectura de MQTT se basa en un modelo de publicación/suscripción. Como se muestra

en la Figura 1. Los dispositivos se dividen en publicadores(que envían mensajes) y suscriptores (que

Se detallan los pasos seguidos para la implementación de la plataforma de monitoreo de las variables

físicoquímicas del agua. Se abordan aspectos cruciales relacionados con la configuración de

el diseño. En particular, se seleccionó el filamento TPU para la impresión 3D, dado que sus

características como su flexibilidad, resistencia a los productos químicos, y al ser un material gomoso

permite la retención de liquidos, se ajustan de manera óptima a los requisitos necesarios para la

construcción del recipiente de muestras de agua. Se realizó la impresión con las dimensiones que se

especifican en la Tabla 1.

Tabla 1. Especificaciones métricas para la construcción del recipiente de muestras

Figura 2. Vista isométrica recipiente diseño (CAD)

que actúa como nodo central y traductor de protocolos, adecuara las señales provenientes de la red LoRa

a una WAN que para nuestro caso, Internet . El objetivo principal de la prueba fue determinar la

distancia máxima a la que los dispositivos LoRa pueden comunicarse de manera confiable y evaluar la

variables. Para lo cual se realizaron múltiples pruebas de transmisión de datos a diferentes distancias,

registrando la efectividad de la comunicación, tasa de errores y consumo de energía.

Los resultados indicaron que, en el entorno de pruebas planteado, la tecnología LoRa fue capaz de

alcanzar distancias de hasta [1.6] kilómetros con una tasa de error baja. Se observó una atenuaciónbaja

de la señal debido a la falta de obstáculos como edificios o vegetación densa, lo cual tuvo un impacto

significativo en el alcance. Además, se identificaron diferencias en el rendimiento en función de la

interferencia electromagnética presente en la banda de frecuencia.

Se estableció como entorno de pruebas un área urbana abierta con vegetación densa, con obstáculos y

reflexiones de señal. Se estableció una estación base y un nodo sensor a distancias variables. Para lo

Los resultados indicaron que en el entorno de pruebas planteado, la tecnología LoRa fue capaz de

alcanzar distancias de hasta [0.9] kilómetros con una tasa de error baja. Se observó que la atenuación

de la señal debido a obstáculos como edificios o vegetación densa tuvo un impacto significativo en el

electromagnética presente en la banda de frecuencia.

sean suficientes para las aplicaciones que se ejecutan en el VPS.

Figura 11. Recursos VPS.

Sé presenta el análisis que se realizó en base a los resultados obtenidos a partir de la implementación

del sistema de monitoreo remoto de las variables fisicoquímicas del agua en los criaderos de tilapia.

Se estableció una comunicación inalámbrica de baja potencia y largo alcance entre el sistema de

turbidez tienden a mantener una estabilidad inherente, por lo que no requieren que las lecturas sean

contrapuestas. Para el procedimiento se siguió un protocolo que incluye la preparación de soluciones

que sirven como patrón de referencia, el ajuste de los sensores para asegurar mediciones precisas. Se

utilizaron soluciones de pH conocido y soluciones saturadas de oxígeno para establecer puntos de

referencia confiables. La eficiencia de los sensores, en términos de su capacidad para proporcionar

mediciones precisas y consistentes, se evaluó mediante la comparación de las mediciones de referencia

en el registro histórico del monitoreo, tomados de forma manual, gracias a ello se comprobó que los

valores obtenidos con el prototipo muestran una tendencia coherente con los registros históricos, lo que

confirma el correcto funcionamiento del sistema.

El análisis realizado sugiere que la implementación de un sistema de monitoreo remoto de variables

fisicoquímicas del agua en criaderos de tilapia es viable desde el punto de vista técnico, funcional y

económico. La combinación de tecnologías adecuadas, una interfaz de usuario intuitiva y mediciones

criaderos de tilapia ha demostrado ser una herramienta valiosa para mejorar la gestión de estos sistemas

acuícolas. La combinación de tecnologías avanzadas, una interfaz de usuario intuitiva y mediciones

precisas respaldadas por una calibración meticulosa de los sensores, ofrece un enfoque integral y

efectivo para el monitoreo y la gestión de la calidad del agua en los criaderos de tilapia. Las conclusiones

derivadas del análisis y la implementación del sistema de monitoreo remoto de las variables

fisicoquímicas del agua en los criaderos de tilapia destacan varios puntos.

Se logró contraponer sensores de parámetros fisicoquímicos y se implementó un sistema de

comunicación inalámbrica de baja potencia y largo alcance entre el sistema de monitoreo y el Gateway,

la exitosa conexión entre nodos sensores y un Gateway utilizando modulación de radiofrecuencia LoRa

(Long Range) implicó una serie de pasos técnicos, estudio profundo de la tecnología y consideraciones

Gateway LoRa y el VPS ofrece una solución robusta y escalable. La implementación del bróker EMQX

como intermediario entre el transmisor LoRa y el servidor VPS demostró ser una elección acertada

gracias a su capacidad de clustering y distribución de carga. Mientras que MQTT como protocolo de

comunicación resalto por su capacidad para gestionar la comunicación y permitir una transferencia

eficiente de datos entre el Gateway LoRa y el servidor VPS. El diseño liviano y el enfoque basado en

publicación/suscripción de MQTT resultan ideales para la optimización del ancho de banda y una

planta de un edificio) ha demostrado ser efectiva para expandir el alcance de la red.

La implementación efectiva de un Servidor Privado Virtual (VPS) en Amazon Web Services (AWS)

requirió una planificación meticulosa, desde la elección de instancias y sistemas operativos hasta la

configuración de interfaces de red, seguridad y soluciones de monitoreo, seleccionando el núcleo de la

infraestructura, una instancia EC2 (Elastic Compute Cloud) de capa gratuita, permitió alojar los

servicios web necesarios como Apache Web server, MySQL, Node JS, Vesta CP y el Broker EMQx,

que demostraron celeridad y estabilidad en el alojamiento del sitio Web. La implementación de una

página WEB implicó la gestión de nombres de dominio, el uso de HTML, CSS y JavaScript para la

estructura, diseño y creación de las interfaces de usuario final o Frontend. Lenguajes de programación

del lado del servidor como PHP, Node.js para la funcionalidad dinámica del Backend.

garantizar un ambiente óptimo para su crecimiento, logrando adecuarse a aplicaciones de piscicultura

y acuaponía particularmente en regiones con significativas capacidades de producción y con

limitaciones de ancho de banda en conexiones a la red de Internet. Lo cual demuestra que esta es una

solución robusta y eficiente a situaciones en la que se requiera el monitoreo de los parámetros

fisicoquímicos del agua, logrando así el objetivo principal inicialmente planteado.

rural.

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