brizflores16@gmail.com

https://orcid.org/0009-0009-1548-1410

Universidad Autónoma Chapingo

Texcoco, México

implementó un sistema autónomo de adquisición de datos que integra sensores ambientales y de calidad

del agua, empleando comunicación inalámbrica LoRa mediante módulos TTGO LoRa, con transmisión

y visualización de la información en la plataforma ThingSpeak. El sistema fue evaluado durante 105

días, correspondientes a cuatro ciclos de producción, con una frecuencia de muestreo de 10 minutos,

registrándose 15,120 mediciones por variable. Los resultados evidenciaron una operación estable del

sistema, permitiendo identificar rangos adecuados de temperatura, conductividad eléctrica, pH, oxígeno

disuelto y radiación fotosintéticamente activa, coherentes con los requerimientos fisiológicos del cultivo

y de la tilapia. Asimismo, la arquitectura mostró confiabilidad en la transmisión de datos y respaldo

mediante almacenamiento local, garantizando la integridad de la información ante posibles fallas de

conectividad. Sistema viable y replicable ampliamente.

Continuous monitoring of environmental and physicochemical variables is essential to optimize the

productive performance and operational stability of aquaponic systems, particularly in intensive

production schemes. The objective of this study was to develop and evaluate a monitoring system based

on IoT technologies for the real-time measurement of critical variables in an aquaponic system for

lettuce (Lactuca sativa) production on floating rafts. To this end, an autonomous data acquisition system

was designed and implemented that integrates environmental and water quality sensors, using LoRa

reliability in data transmission and backup through local storage, ensuring the integrity of the

information in the event of possible connectivity failures. The system is viable and widely replicable.

Key words: aquaponics, IoT monitoring, environmental monitoring, physicochemical parameters, LoRa

communication

puesto en el centro del debate la necesidad de sistemas productivos capaces de responder a retos

asociados al cambio climático, la eficiencia en el uso de los recursos, la reducción de residuos

contaminantes, el bienestar animal y la seguridad alimentaria, así como a la mejora de la calidad de vida

de los consumidores (Ako et al., 2009; Wongkiew et al., 2017; Verdouw et al., 2019). En este contexto,

la producción agroalimentaria enfrenta el desafío de incrementar su productividad sin comprometer la

sostenibilidad ambiental.

La agricultura representa un componente estratégico para la economía de los países y requiere garantizar

procesos productivos eficientes, seguros y de alta calidad (Mehra et al., 2018; Verdouw et al., 2019).

Frente a este panorama, el desarrollo de sistemas productivos sostenibles ha cobrado especial

relevancia. Entre estas alternativas, la acuaponía se ha consolidado como una tecnología capaz de

los residuos nitrogenados, particularmente el amoniaco y los nitritos, los cuales resultan tóxicos para

los peces incluso a bajas concentraciones. Por esta razón, el monitoreo periódico de estos compuestos

es un aspecto crítico en la producción acuícola (Johnson et al., 2016; Wongkiew et al., 2017). Al mismo

tiempo, la eficiencia del sistema se sustenta en una relación simbiótica, donde los desechos generados

por los peces son transformados en nutrientes para las plantas, mejorando la calidad del agua y

favoreciendo el equilibrio del sistema (Valiente et al., 2018).

Dentro de los cultivos comúnmente empleados en acuaponía, la lechuga (Lactuca sativa) destaca por

ser una de las hortalizas de hoja más consumidas a nivel mundial y por su ciclo de producción anual, lo

que la convierte en una especie adecuada para sistemas de cultivo intensivo (Johnson et al., 2016; Abbey

et al., 2019).

dentro de esquemas acuapónicos (Lennard et al., 2006). En este sentido, conocer de manera precisa las

condiciones ambientales y fisicoquímicas bajo las cuales se desarrolla el cultivo resulta fundamental

para prevenir situaciones de estrés y pérdidas productivas. Sin embargo, la medición manual de estas

variables implica un alto consumo de tiempo y esfuerzo, lo que limita su aplicación continua en sistemas

productivos reales (Fisher, 2007).

El desarrollo de prototipos de monitoreo requiere la identificación de las variables con mayor influencia

sobre el desempeño del sistema. En acuaponía, parámetros como la temperatura ambiental, la humedad

relativa, la radiación fotosintéticamente activa, la conductividad eléctrica, el pH, la temperatura del

agua, el oxígeno disuelto y los niveles de amoniaco influyen directamente en el rendimiento del cultivo

y en el bienestar de los organismos involucrados. En consecuencia, se vuelve necesario disponer de

al., 2019). El uso de IoT ha demostrado beneficios significativos en diferentes ámbitos de la agricultura,

al facilitar el acceso remoto a los datos, la automatización de procesos y la mejora en la toma de

decisiones (Muangprathub et al., 2019).

La expansión del uso de Internet y de tecnologías IoT ha permitido la supervisión de sistemas

productivos desde cualquier ubicación con acceso a la red, lo que representa una ventaja operativa

considerable. Actualmente, más del 46% de la población mundial utiliza Internet, lo que ha impulsado

la adopción de soluciones digitales en la agricultura (Verdouw et al., 2019). En sistemas acuapónicos,

la integración de IoT puede reducir tiempos de supervisión y mejorar el control de las variables críticas

del sistema, consolidándose como una herramienta con alto potencial transformador para la producción

de alimentos (Talavera et al., 2017; Valiente et al., 2018; Verdouw et al., 2019).

de rangos óptimos de operación (Molina et al., 2010). No obstante, persiste la necesidad de evaluar

sistemas de monitoreo integrales que sean funcionales, accesibles y validados en condiciones reales de

operación acuapónica. En este sentido, el objetivo de este estudio fue desarrollar y evaluar un sistema

de monitoreo basado en tecnologías IoT para la medición de variables fisicoquímicas en un sistema de

recirculación acuapónica, con el fin de apoyar la toma de decisiones y fortalecer la gestión del sistema

productivo.

El desarrollo y evaluación del sistema de monitoreo se llevó a cabo mediante tres etapas principales: i)

caracterización del sistema acuapónico y definición de variables de monitoreo, ii) diseño e

ya que las bacterias nitrificantes transforman compuestos tóxicos, como el amoniaco y el nitrito, en

nitratos aprovechables por las plantas, contribuyendo al mantenimiento de la calidad del agua (Moreno

y Zafra, 2014; Huan et al., 2020).

Para el presente estudio se consideró un sistema acuapónico cerrado con recirculación, integrado por

unidades de producción de peces, sistemas de sedimentación, mineralización, biofiltración y una balsa

flotante para el cultivo de lechuga (Figura 1). Se seleccionó el cultivo de lechuga (Lactuca sativa) debido

a su alta demanda, ciclo corto y amplia adopción en sistemas acuapónicos (Johnson et al., 2016; Abbey

et al., 2019). Asimismo, se optó por el sistema de balsas flotantes por su mayor rentabilidad y eficiencia

en comparación con otros sistemas hidropónicos (Lennard et al., 2006).

tilapia como del cultivo de lechuga. Entre estas variables se incluyeron la temperatura del aire, humedad

relativa, radiación fotosintéticamente activa (PAR), temperatura del cultivo, temperatura del agua,

conductividad eléctrica, pH y oxígeno disuelto, las cuales inciden directamente en el metabolismo,

crecimiento y bienestar de los organismos involucrados (Brechner y Both, 2005; Gutiérrez, 2001;

Azcón et al., 2008).

su transmisión inalámbrica y la visualización remota de la información. El sistema integró sensores

distribuidos en el sistema acuapónico, un microcontrolador central, módulos de comunicación LoRa y

una plataforma web para el almacenamiento y visualización de los datos.

El sistema fue diseñado para medir variables ambientales (temperatura del aire, humedad relativa,

radiación PAR y temperatura del cultivo) y variables fisicoquímicas del agua (temperatura,

protocolos de comunicación. Los sensores y componentes empleados, junto con sus rangos de

operación, se describen en el Cuadro 1.

La puesta en marcha de la infraestructura del sistema IoT para monitorear la acuaponía es esencial para

la industria, ya que da la oportunidad de lograr un progreso en la producción; puede ser usada en

diversos escenarios y etapas de producción, ofreciendo datos de forma inmediata con una interfaz

práctica e intuitiva.

Cuadro 1. Sensores y componentes utilizados para medir las variables ambientales y fisicoquímicas

del sistema acuapónico.

tecnologías IoT para el seguimiento continuo de variables ambientales y fisicoquímicas en un sistema

acuapónico de producción de lechuga. La validación del sistema en condiciones reales de operación, a

lo largo de cuatro ciclos productivos, demostró su funcionamiento estable y confiable, así como su

capacidad para adquirir, transmitir y almacenar datos de manera continua y precisa.

El sistema desarrollado facilitó la identificación de patrones temporales y rangos operativos asociados

a variables clave como temperatura, conductividad eléctrica, pH, oxígeno disuelto y radiación

fotosintéticamente activa, lo que evidencia su utilidad como herramienta de apoyo para la toma de

decisiones operativas. En particular, el monitoreo en tiempo real permite optimizar el uso de recursos

críticos, como la energía destinada a la aireación y el control ambiental, contribuyendo a una gestión

más eficiente y sostenible del sistema acuapónico.

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