DISEÑO DE UN DISPOSITIVO
ELECTRÓNICO PARA MONITOREAR LA
CALIDAD DEL AMBIENTE EN GALPONES
DE CAVIA PORCELLUS
DESIGN OF AN ELECTRONIC DEVICE TO MONITOR
THE ENVIRONMENTAL QUALITY IN GUINEA PIG
SHEDS
Carlos Julio Martínez Guamán
Instituto Superior Tecnológico Simón Bolívar - Ecuador
Israel Antonio Orozco Manobanda
Instituto Superior Tecnológico Simón Bolívar - Ecuador
William Patricio Tigse Bravo
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE - Ecuador
Edison Guillermo Mullo Mullo
Alfa Soluciones Ingeniería - Ecuador
Edison David Mañay Chochos
Alfa Soluciones Ingeniería - Ecuador
pág. 6084
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i3.11808
Diseño de un Dispositivo Electrónico para Monitorear la calidad del
Ambiente en Galpones de Cavia Porcellus
Carlos Julio Martínez Guamán1
c_martinez@istsb.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-6832-902X
Instituto Superior Tecnológico Simón Bolívar
Guayaquil - Ecuador
Israel Antonio Orozco Manobanda
i_orozco@istsb.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-2931-0240
Instituto Superior Tecnológico Simón Bolívar
Guayaquil - Ecuador
William Patricio Tigse Bravo
wptigse@espe.edu.ec
https://orcid.org/0009-0000-0422-2549
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Sangolqui - Ecuador
Edison Guillermo Mullo Mullo
edisongmullom@gmail.com
https://orcid.org/0009-0000-9268-403X
Alfa Soluciones Ingeniería
Salcedo - Ecuador
Edison David Mañay Chochos
edmanay@outlook.com
https://orcid.org/0000-0002-3447-2511
Alfa Soluciones Ingeniería
Salcedo- Ecuador
RESUMEN
El estudio se centró en el desarrollo y la implementación de un dispositivo electrónico para monitorear
las condiciones ambientales en un galpón de cuyes. Durante el período de prueba, el dispositivo registró
datos significativos sobre temperatura, humedad y concentración de gas metano en el ambiente del
galpón. Los registros de temperatura mostraron fluctuaciones notables, con valores que oscilaron entre
11.96 ℃ y 33.86 ℃, y un promedio general de 19.16 ℃. La humedad ambiental varió desde un máximo
del 94.38% hasta un mínimo del 42.78%, con un promedio del 86.10%. Además, se registró la
concentración de gas metano en el galpón, con valores que alcanzaron un máximo de 764.01 ppm, un
mínimo de 17.42 ppm y un promedio de 252.51 ppm. Estos datos son cruciales para identificar posibles
riesgos para la salud de los animales y tomar medidas preventivas. El dispositivo fue diseñado de manera
económica, con un costo total de implementación de $51.00, lo que lo hace accesible para su uso en
entornos de cría de cuyes. El estudio demuestra la efectividad del dispositivo como herramienta para
mejorar la gestión ambiental en la cría de cuyes, proporcionando información valiosa para la toma de
decisiones informadas y la optimización de las condiciones de crianza.
Palabras clave: monitoreo ambiental, crianza de cuyes, dispositivo electrónico, condiciones de crianza,
gestión eficiente
1
Autor principal.
Correspondencia: wptigse@espe.edu.ec
pág. 6085
Design of an Electronic Device to Monitor the Environmental Quality in
Guinea Pig Sheds
ABSTRACT
The study focused on the development and implementation of an electronic device to monitor
environmental conditions in a guinea pig barn. During the testing period, the device recorded significant
data on temperature, humidity, and methane gas concentration in the barn environment. Temperature
records showed notable fluctuations, ranging from 11.96 ℃ to 33.86 ℃, with an overall average of
19.16 ℃. Ambient humidity varied from a maximum of 94.38% to a minimum of 42.78%, with an
average of 86.10%. Additionally, methane gas concentration in the barn was recorded, with values
reaching a maximum of 764.01 ppm, a minimum of 17.42 ppm, and an average of 252.51 ppm. These
data are crucial for identifying potential health risks for the animals and taking preventive measures.
The device was designed economically, with a total implementation cost of $51.00, making it accessible
for use in guinea pig breeding environments. The study demonstrates the effectiveness of the device as
a tool to improve environmental management in guinea pig breeding, providing valuable information
for informed decision-making and optimization of breeding conditions.
Keywords: environmental monitoring, guinea pig breeding, electronic device, breeding conditions,
efficient management
Artículo recibido 11 mayo 2024
Aceptado para publicación: 22 junio 2024
pág. 6086
INTRODUCCIÓN
El cuy (Cavia porcellus) es un roedor mamífero nativo de la región andina de Bolivia, Colombia,
Ecuador y Perú. Generalmente, su crianza está a cargo de personas en áreas rurales, la mayoría de ellas
campesinas. Este animal es un alimento de alto valor nutritivo que ayuda a garantizar la seguridad
alimentaria de las comunidades rurales de bajos ingresos (Delgado Acurio, 2021).
Según Cruzado Benavides, (2023), la crianza de cuyes genera trabajos autosostenibles, especialmente
para mujeres dedicadas al hogar, mejorando así la economía familiar. Además, contribuye a la soberanía
alimentaria y disminuye la desnutrición crónica en los niños de estas familias.
Sin embargo, la producción de cuyes se realiza de forma artesanal debido a la falta de tecnificación de
este sector (Barco-Jiménez et al., 2021). Uno de los problemas identificados en la cría de estos animales
es la pérdida de peso, estrés y en el peor de los casos, la muerte. La ausencia de registros de las
condiciones ambientales en las que se desarrollan los cuyes impide la implementación de soluciones
técnicas adecuadas.
Ortega Benavides & Silva Gallo, (2018) propusieron implementar una nueva metodología de producción
más técnica y acondicionada para galpones de cría de cuyes. Su propuesta busca mejorar las condiciones
ambientales y sanitarias, lo cual resultaría en productos de mejor calidad, ciclos de producción más
rápidos y una reducción en el porcentaje de mortalidad.
En su estudio Huillcacuri Torres, (2023) evaluó los factores ambientales del galpón de cuyes con el
objetivo de analizar las condiciones ambientales en las instalaciones de crianza. Esto se realizó mediante
mediciones de temperatura, humedad relativa y la emisión de gases como dióxido de carbono, metano
y amoníaco. Para medir la temperatura y la humedad relativa a nivel de las pozas, utilizaron registradores
de datos Testo 174H. La emisión de gases de amoníaco, metano y dióxido de carbono fue medida
utilizando un sensor de calidad del aire manual Aeroqual S500. Se determinó que la temperatura mínima
estaba entre 13°C, la normal entre 16-18°C y la máxima superaba los 23°C. La humedad relativa mínima
se ubicó entre 30-40%, la normal entre 55-65% y la máxima entre 70-80%. Las emisiones promedio de
dióxido de carbono, metano y amoníaco fueron 630.878 ± 188.88, 5.715 ± 6.54 y 11.379 ± 3.86 ppm,
respectivamente. También Jahuira Arias et al., (2022) analizaron la relación entre la temperatura (T), la
humedad relativa (HR) y el índice de temperatura-humedad (ITH) con la mortalidad y el peso corporal
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de cuyes (Cavia porcellus) de la línea sintética en Moquegua, Perú. Los resultados mensuales de T, HR
e ITH mostraron cambios altamente significativos (p < 0,001), así como diferencias significativas en el
peso entre machos y hembras (p < 0,05).
Gonzalo Oré, (2020) en su investigación, implementó un sistema automático que regula la exposición
diaria al amoníaco, la temperatura y la humedad dentro de niveles permisibles en un galpón de cuyes.
Los resultados demostraron que mantener estos factores ambientales dentro de los rangos aceptables
mejora la productividad y la reproducción de los cuyes, además de reducir la incidencia de enfermedades
respiratorias e infecciosas en el galpón.
Guilcapi Mosquera & Freire Barreno, (2023) diseñaron un prototipo que fue implementado en el cantón
Quero, en la provincia de Tungurahua, en la finca de la familia Barreno. Este prototipo monitorea
variables cruciales para el desarrollo adecuado de los cuyes, como temperatura, humedad, luminosidad,
calidad del aire y turbidez. La arquitectura del prototipo se basa en tecnología IoT, utilizando
microcontroladores Arduino y ESP8266 como unidades de procesamiento. Estos microcontroladores
recopilan datos de los sensores y los transmiten a un servidor central en la nube de Google Platform,
conectado con Ubidots. Las pruebas de funcionamiento del prototipo permitieron corroborar el
crecimiento de los cuyes durante las etapas de desarrollo y engorde. Además, se consideraron las normas
de Agrocalidad y las normas ISO en su construcción.
Arias Poma & Araujo Mucha, (2013), propusieron un sistema automatizado de control de temperatura
y humedad con la plataforma Labview para prevenir enfermedades respiratorias tipo neumónico en la
crianza de cuyes en el distrito de Vilca. La investigación, de naturaleza tecnológica, concluyó que la
implementación del sistema de control automatizado de temperatura y humedad tiene un impacto
significativo en la prevención de enfermedades respiratorias neumónicas en los cuyes.
Problemática
En la comunidad de Chirinche Bajo, situada en el área rural del cantón Salcedo en Ecuador, la cría de
cuyes es una práctica tradicional que desempeña un papel crucial en la economía local (Patricio et al.,
2024). En esta localidad, la cría de cuyes se realiza de manera artesanal y no está tecnificada. En
ocasiones, hay problemas de enfermedades debido a las condiciones ambientales, y no se cuenta con
registros de temperatura, humedad y exposición al gas metano a las que están expuestos los cuyes. Por
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ello, se propone el diseño e implementación de un dispositivo electrónico para monitorear la calidad del
ambiente en el galpón de cuyes ubicado en la localidad.
La estructura de la investigación sigue el siguiente esquema: en la sección II se detalla la metodología
empleada para diseñar el dispositivo electrónico, así como la descripción de los elementos utilizados y
la implementación en el galpón. Posteriormente, en la sección III se presentan los resultados obtenidos
de la implementación del dispositivo. Finalmente, en la sección IV se analizan y presentan las
conclusiones correspondientes.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
La investigación es de tipo aplicada y descriptiva, utilizando la metodología de la Estructura de
Descomposición del Trabajo, que permite desglosar los proyectos en componentes individuales (Mañay
et al., 2022). Esta metodología facilita la gestión del proyecto al dividirlo en partes manejables y
establece claramente los límites y el alcance del proyecto.
Para el desarrollo, se han identificado cinco etapas de trabajo, las cuales se ilustran en la Figura 1.
Figura 1. Metodología de trabajo aplicado
Desarrollo del dispositivo electrónico
Se desarrollará un dispositivo electrónico capaz de monitorear la temperatura, humedad y el gas metano
(CH4). Este dispositivo se instalará en el galpón de cuyes para registrar las variables mencionadas y
posteriormente analizar las condiciones ambientales en las que se desarrollan los animales. En la Figura
2, se presenta la arquitectura del dispositivo electrónico.
Revisión del
estado del arte
Desarrollo del
dispositivo
electrónico
Implementación
del dispositivo Pruebas y
resultados Consideraciones
finales
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Figura 2. Arquitectura del dispositivo electrónico
Tecnologías necesarias para el diseño del dispositivo electrónico
En el contexto de un proyecto de investigación, es posible utilizar tecnologías de código abierto como
componentes para el diseño de diversos sistemas. A continuación, se presentan algunos conceptos y
características de las tecnologías que se emplearán en el dispositivo electrónico.
NodeMCU ESP8266
NodeMCU ESP8266 es una plataforma de desarrollo similar a Arduino, enfocada en el Internet de las
cosas (IoT). La placa NodeMcu v2 ESP8266 utiliza el módulo ESP-12E, basado en el chip Wi-Fi
ESP8266. Integra un conversor USB-Serial TTL CP2102 y un conector micro-USB para programación
y comunicación con una PC. Diseñada para montaje en protoboard o soldada sobre una placa, la
NodeMcu v2 tiene un regulador de voltaje de 3.3V, permitiendo la alimentación directa desde el puerto
micro-USB o mediante los pines 5V y GND. Los pines GPIO operan a 3.3V, requiriendo conversores
de nivel para sistemas de 5V.
La plataforma ESP8266 soporta múltiples lenguajes de programación, incluidos Arduino, Lua,
MicroPython, C/C++ y Scratch. Utilizando el entorno Arduino, los desarrolladores pueden beneficiarse
de un lenguaje familiar, un IDE fácil de usar y una amplia comunidad de apoyo. En la Figura 3, se
presenta el Módulo NodeMCU.
Figura 3. Modulo NodeMCU
pág. 6090
Sensor de temperatura y humedad relativa DHT11
El DHT11 es un sensor digital de temperatura y humedad relativa de bajo costo y fácil uso. Integra un
sensor capacitivo de humedad y un termistor para medir el aire circundante, y muestra los datos mediante
una señal digital. En la Figura 4, se presenta el sensor DHT11.
Figura 4. Sensor DHT11
Sensor MQ-4 Detector de gas metano
El MQ-4 Detector de Gas Metano es un sensor electro-químico que varía su resistencia al estar en
contacto con gas metano, gas natural y gas LP. El módulo incluye un circuito electrónico para su
conexión con tarjetas de desarrollo, ofreciendo salidas analógica y digital. Es ideal para detectar o medir
la concentración de metano (CH4) en un rango de 200 a 10,000 ppm, y se utiliza frecuentemente en
equipos de detección de fugas de gas en aplicaciones domésticas e industriales.
Figura 5. Sensor MQ-4 Detector de gas metano
Curva característica de sensibilidad
Los módulos MQ son sensibles a varios gases, reaccionando de manera diferente a cada uno. Por ello,
para obtener valores precisos de la concentración del gas medido, es necesario realizar un proceso de
escalado mediante software, utilizando la curva característica de sensibilidad mostrada en la Figura 6.
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Figura 6. Curva característica de sensibilidad del MQ-4
Módulo Tarjeta Micro SD
El lector de memorias Micro SD compatible con Arduino permite leer o guardar información en una
tarjeta micro SD mediante el chip LVC125A. Funciona con un voltaje de 3.3V o 5V.
Figura 7. Módulo Tarjeta Micro SD
Módulo adaptador LCD a I2C
El módulo adaptador LCD a I2C se basa en el controlador PCF8574, que actúa como un expansor de
entradas y salidas digitales controlado por I2C. Este módulo, diseñado específicamente para controlar
un LCD alfanumérico, tiene una dirección I2C predeterminada que puede ser 0x3F o, en algunos casos,
0x27.
pág. 6092
Figura 8. Módulo adaptador LCD a I2C
Módulo de suministro de energía de 5V para protoboard con Micro USB
Placa con conector microUSB y todos los pinos accesibles, 5V y datos, se muestra en la Figura 9.
Figura 9. Módulo de suministro de energía de 5V para protoboard con Micro USB
Diseño del dispositivo electrónico
Revisada la selección de los elementos tecnológicos que se utilizarán, se procede a realizar el diseño en
el software Fritzing. Este programa facilita la creación de esquemas electrónicos y la simulación de los
circuitos. En la Figura 10 se presenta el diseño propuesto, que incluye todas las conexiones y
componentes necesarios para implementar el dispositivo de monitoreo ambiental en los galpones de
cuyes. Este diseño permite visualizar cómo se integran los diferentes módulos y sensores en un sistema
cohesivo.
Figura 10. Diseño del dispositivo electrónico
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Diseño en 3D de la Carcasa para el Dispositivo de Monitoreo
El diseño de la caja en 3D es una etapa crucial en el desarrollo del dispositivo de monitoreo ambiental.
Utilizando software de diseño asistido por computadora (CAD) Solidworks, se modela una carcasa que
albergará todos los componentes electrónicos. Se tienen en cuenta aspectos como la disposición de los
sensores, la ubicación de los puertos de alimentación.
El diseño en 3D ofrece una visualización detallada y versátil de la caja desde múltiples ángulos,
permitiendo ajustes precisos antes de la fabricación. Esta metodología disminuye los costos y tiempos
de desarrollo. Tras finalizar el diseño, se genera un archivo STL para la impresión 3D. La Figura 11
muestra el diseño tridimensional.
Figura 11. Diseño de la carcasa en 3D
Implementación del dispositivo electrónico
Después de completar el diseño, se avanza hacia la implementación del circuito electrónico en un
protoboard, como se ilustra en la Figura 12. Este paso implica la colocación física de los componentes
electrónicos en el protoboard siguiendo el diseño previamente establecido. Es crucial asegurarse de que
todas las conexiones estén bien establecidas y de que no haya errores de cableado que puedan afectar el
funcionamiento del dispositivo.
Figura 12. Implementación del circuito electrónico en Protoboard
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Una vez implementado el circuito electrónico en el protoboard, se procede a desarrollar el algoritmo en
el IDE de Arduino. Este algoritmo establece la funcionalidad del equipo, centrándose principalmente en
la captura de las señales de los sensores DHT11 (para temperatura y humedad) y MQ-4 (para detectar
gas metano CH4). Se acondiciona la señal del MQ-4 de acuerdo con las curvas de sensibilidad mostradas
en la Figura 6. Posteriormente, se establece la funcionalidad para almacenar estos datos cada 10 minutos
en la tarjeta micro SD a través del módulo SD. Finalmente, los datos monitoreados se muestran en la
pantalla LCD. En la Figura 13 se presenta un extracto del código desarrollado.
Figura 13. Extracto del código desarrollado
La etapa de ensamblaje definitivo del dispositivo se lleva a cabo una vez que se ha completado la
implementación en el protoboard y se ha verificado su funcionalidad. Este proceso implica la colocación
de todos los componentes electrónicos dentro de la caja impresa en polímero PLA, asegurando que estén
correctamente conectados y dispuestos según el diseño previamente establecido. En la Figura 14 se
muestra el resultado del ensamblaje, proporcionando una visualización completa del dispositivo ya listo
para su uso.
pág. 6095
Figura 14. Ensamblaje del dispositivo en la caja impresa en polímero PLA
Después de que el equipo está completamente ensamblado y funcional, se procede a su instalación en el
galpón de cuyes. Para alimentar el dispositivo, se utiliza un cargador de celular estándar con un cable
que cuenta con un conector tipo micro USB, proporcionando así una alimentación de 5V. En la Figura
15 se ilustra la instalación del dispositivo en el galpón de cuyes, mostrando cómo se integra en el entorno
de crianza.
Figura 15. Implementación del dispositivo en el Galpón de Cuyes
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El dispositivo se instaló el 25 de abril de 2024 y se mantuvo operativo hasta el 18 de mayo de 2024.
Durante este período, los datos recopilados se almacenaron en un archivo de texto en la memoria micro
SD y posteriormente se analizaron utilizando una hoja de cálculo en Excel. La Figura 16 muestra el
comportamiento de la temperatura en el galpón durante este período.
pág. 6096
Figura 16. Comportamiento de la temperatura en el galpón durante el período de monitoreo
La Figura 16 revela fluctuaciones significativas en la temperatura dentro del galpón durante el período
de observación. Se observan variaciones que oscilan entre un máximo de 33.86 ℃ y un mínimo de 11.96
℃, con un promedio general de 19.1579383 ℃. Estos datos resaltan la importancia de monitorear de
cerca las condiciones ambientales para garantizar un entorno óptimo para la cría de cuyes.
En la Figura 17 se muestra el comportamiento de la humedad ambiente, revelando fluctuaciones notables
durante el período de observación. Los datos muestran que la humedad alcanza un máximo del 94.38%
y desciende hasta un mínimo del 42.78%, con un promedio general del 86.10%.
Figura 17. Comportamiento de la humedad en el galpón durante el período de monitoreo
Finalmente, se monitoreó la concentración de gas metano en el galpón de cuyes, registrando un máximo
de 764.01 ppm, un mínimo de 17.42 ppm y un promedio de 252.51 ppm. En la Figura 18 se muestra el
comportamiento del gas metano en el galpón a lo largo del período de observación.
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Figura 18. Comportamiento de la humedad en el galpón durante el período de monitoreo
Costos de implementación
En la Tabla 1 se detalla la inversión necesaria para la implementación del dispositivo electrónico
destinado al monitoreo de las condiciones ambientales en el galpón de cuyes.
Tabla 1. Inversión para implementación del dispositivo
Detalle
Cantidad
Costo Total
NodeMCU ESP8266
1
$ 9.0
Modulo SD
1
$ 2.00
MQ-4
1
$ 3.00
Módulo de energía micro USB
1
$1.00
Sensor DHT11
1
$3.00
Pantalla LCD 16x2 I2C
1
$7.00
Cables
1
$3.00
Carcasa
1
$6.00
Micro SD
1
$10.00
Cargador y cable
1
$7.00
Total
$51.00
En la Tabla 1 se detallan los costos de cada elemento necesario para la implementación del dispositivo, lo
que suma un total de $51.00. Este monto es relativamente accesible y permite la implementación de estos
dispositivos para obtener datos ambientales relevantes. Esto facilita la toma de medidas correctivas o
mejoras en la cría de los cuyes, contribuyendo así a una gestión más eficiente y efectiva del ambiente en
el galpón.
pág. 6098
CONCLUSIONES
El monitoreo ambiental en galpones de cuyes es crucial para garantizar condiciones óptimas de crianza
y productividad. Se propuso y desarrolló un dispositivo electrónico para esta tarea, con resultados
significativos.
Los datos recopilados revelaron fluctuaciones notables en la temperatura y la humedad ambiental dentro
del galpón durante el período de observación. La temperatura osciló entre 11.96 ℃ y 33.86 ℃, con un
promedio general de 19.16 ℃. Por otro lado, la humedad varió desde un máximo del 94.38% hasta un
mínimo del 42.78%, con un promedio del 86.10%. Estas cifras subrayan la importancia de monitorear
de cerca las condiciones ambientales para garantizar un entorno óptimo para los cuyes.
Además, se registró la concentración de gas metano en el galpón, con un máximo de 764.01 ppm, un
mínimo de 17.42 ppm y un promedio de 252.51 ppm. Estos datos son fundamentales para identificar
posibles riesgos para la salud de los animales y tomar medidas preventivas.
El costo total de implementación del dispositivo fue de $51.00, una inversión relativamente accesible
para obtener datos ambientales relevantes. Esto facilita la toma de decisiones informadas para mejorar
las condiciones de crianza y la productividad en el galpón de cuyes.
En conclusión, el monitoreo ambiental mediante dispositivos electrónicos ofrece una herramienta
invaluable para mejorar la gestión de la cría de cuyes. Los resultados obtenidos permiten implementar
medidas correctivas y preventivas de manera oportuna, contribuyendo al bienestar de los animales y la
eficiencia en la producción.
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