La plataforma Internet of Things ayuda a los productores a planificar el uso del agua
20 de agosto de 2024
Lucía Reggiani | Investigación para la Innovación – ¿Cómo podemos hacer un uso inteligente del agua en el riego de cultivos sin saber si el embalse disponible ofrece el volumen necesario? ¿Y el régimen de lluvias podrá soportar la captura esperada? ¿La cantidad de agua utilizada está de acuerdo con la autorización de los organismos de control de los recursos hídricos? Dar respuestas a estas y otras preguntas para los productores y la industria rural es el objetivo de un proyecto desarrollado en Campinas por Espectro y apoyado por el programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas ( PIPE ) de la FAPESP .
El proyecto, que comenzó en diciembre de 2022, busca brindar a los productores previsibilidad sobre el stock de agua disponible en la cuenca que utilizan en un horizonte de seis meses. De esta manera puede planificar, invirtiendo en reservas de agua, cambiando el cultivo que piensa sembrar o tomando otro tipo de decisión.
En tiempos de cambio climático, con cambios en la dinámica de las precipitaciones, la previsibilidad que persigue el proyecto tiene como objetivo ayudar al productor a mantener la calidad de la producción incluso en caso de una crisis hídrica, como la ocurrida en el Estado de São Paulo en 2021 y llevó a los municipios a sellar las bombas de riego, orientando la captación de agua para consumo humano.
Para PIPE Fase 2 , Espectro propuso realizar un estudio de los regímenes de precipitaciones en algunas cuencas elegidas, utilizar información de previsión meteorológica de diversos organismos, desde organismos oficiales hasta imágenes de satélite, analizar la historia de la evolución de los embalses y crear un algoritmo de inteligencia artificial (IA). ) para ofrecer al regante la dinámica del embalse en el que capta agua.
Denominado PalmaFlex UmiSolo-Total, el proyecto es el módulo que completa la plataforma de internet de las cosas (IoT) PalmaFlex UmiSolo, lanzada en 2019 con monitoreo en tiempo real del agua disponible en el suelo y recomendaciones de riego.
En el módulo inicial, los sensores instalados en el suelo a varias profundidades capturan información a una cadencia elegida por el cliente y la transmiten a una base de datos en la nube, donde se convierte en datos estratificados de humedad del suelo. La plataforma web correlaciona estos datos con otra información y presenta los resultados en forma de gráficos, tablas y alarmas, con el fin de simplificar y apoyar el trabajo del productor, agrónomo y demás personas involucradas en el trabajo de campo.
Solución completa de comunicación de datos
El sistema nació de la intención de los ingenieros eléctricos Adilson Chinatto y Cynthia Junqueira, socios de Espectro, de desarrollar un producto propio, que reflejara su experiencia en transmisión de señales y telemetría, y llevara a la empresa a un nivel más allá de la consultoría, la investigación y el desarrollo. , área en la que ha trabajado durante 20 años.
La idea era crear una solución de comunicación de datos completa, modular y fácilmente escalable para diversas aplicaciones en la agricultura y la industria, con un núcleo común. Su misión: satisfacer las necesidades de monitoreo y comunicación de datos en campo.
La intención se materializó en la plataforma PalmaFlex, representada en el logo por la palma forrajera, un cactus cuya mayor riqueza reside en su versatilidad, revelando un alto nivel de agua y nutrientes esenciales, utilizados principalmente en la alimentación del ganado. Su núcleo común está formado por un receptor y transmisor de señales de radiofrecuencia, capaz de establecer un enlace de larga distancia y bajo coste para conectar diversos dispositivos, especialmente sensores.
En el módulo de medición de la humedad del suelo, los sensores instalados envían información a un recolector de datos alimentado por una batería interna y energía solar. El recolector transmite la información a la nube, donde se realizan todos los cálculos y se accede a los resultados en el sitio web de la plataforma a través del celular, tableta o computadora.
Todo el conjunto (hardware, software y protocolos de comunicación) fue desarrollado por Espectro. “En las zonas urbanas hay redes de datos disponibles, tanto para celulares como específicamente para IoT, como LoRa, Sigfox y ZigBee, pero esas redes no llegan al campo porque no son económicamente interesantes para las grandes empresas”, dice Adilson Chinatto. De ahí la opción por la producción vertical.
Espectro desarrolló entonces un concentrador o gateway basado en LoRa, utilizando las mismas premisas que los grandes equipos metropolitanos, pero en un dispositivo pequeño, capaz de cubrir 3 mil hectáreas, el tamaño de la propiedad de un productor mediano. El propio usuario instala el hub en su red de datos (Wi-Fi o cable) y conecta la antena a la cumbrera de la casa.
El recolector de datos se instala en el campo junto con los sensores y transmite información de forma autónoma de vez en cuando. “En agricultura, la velocidad de envío de datos no tiene por qué ser muy alta: cada cinco minutos es más que suficiente. En el sector, podemos realizar envíos en intervalos más cortos”, explica Chinatto.
El costo de esta cobertura es inferior a 1 real por hectárea, “muy bajo en relación a otros sistemas existentes”, dice Junqueira, además de reducir controles y anotaciones, ahorrar insumos, agua y energía en diversas aplicaciones y aumentar las ganancias al final del año. productor o industrial.
Más módulos
La evolución del sistema se produjo debido a la demanda de los clientes, que deseaban, además del monitoreo de suelos, una estación agrometeorológica para monitorear vientos, lluvias, radiación solar y otros factores climáticos. Luego, Espectro agregó sensores aéreos a su plataforma, aumentando la gama de información proporcionada a los clientes, como la evapotranspiración diaria y las ventanas de oportunidad para la fumigación.
Posteriormente, el sistema pasó a monitorear otros elementos de la infraestructura de la finca, como, por ejemplo, las corrientes eléctricas de motores y bombas. “Es común que el productor encienda la bomba de riego por la noche, cuando la electricidad es más barata, encontrarse con que una fase está fuera de servicio y no poder contar con el equipo de mantenimiento para volver a encenderla, ya que el equipo está fuera de servicio. no en horario laboral”, explica Junqueira.
Preparado para estos acontecimientos, PalmaFlex activa una alerta informando que la fase ha caído, dando al productor la oportunidad de tomar medidas de emergencia, resolver el problema o compensarlo al día siguiente. En los pozos artesianos y semiartesianos se puede monitorear tanto el caudal como los niveles estáticos y dinámicos del pozo, actuando como una herramienta de prevención del desgaste de la bomba y reduciendo la cantidad de mantenimiento periódico requerido.
La plataforma es completamente personalizable para satisfacer las demandas de las diferentes realidades de los productores rurales. Tomando como ejemplo la aplicación en riego para personalizar el monitoreo, el cliente brinda información sobre los métodos y equipos utilizados, datos relacionados al cultivo, como tipo, fecha de siembra, entre otros datos, y datos de textura del suelo. En la plataforma, esta información se correlaciona con los datos de los sensores instalados en el campo para que se pueda calcular cuándo y cuánto regar. El software de inteligencia empresarial (BI) de la plataforma muestra los resultados en tablas y gráficos, y el usuario puede exportarlos a hojas de cálculo. La información se mantiene en la base de datos durante un año.
Actualmente, la plataforma cuenta con los módulos Agricultura, Confort Animal y Calidad del Agua, Industria y Pronóstico de Reservas. Este último, desarrollado en parte en el marco del proyecto PIPE, ya está parcialmente operativo y comercializado en la plataforma. “El módulo ya desarrollado monitorea el nivel de los embalses de agua o vinaza, los residuos que se generan durante la producción de alcohol y azúcar. Recientemente instalamos diez sistemas en una fábrica de caña de azúcar en el estado de São Paulo para monitorear diez tanques de vinaza”, dice Junqueira.
En este módulo, el sensor no toca el líquido, sino que mide el nivel y calcula el volumen en función de las dimensiones del depósito proporcionadas por el usuario. Al medir el volumen de vinaza, el sistema permite al operador evitar derrames al suelo, lo que provocaría problemas ambientales y multas. Además, la plataforma permite una mayor racionalidad en el uso de vinaza en fertirrigación, reduciendo costos y asegurando una operación cumpliendo con los estándares ambientales.
Como el módulo desarrollado en el proyecto PIPE reúne todo lo que ya hace la plataforma, incluidos nuevos seguimientos y previsiones, Espectro denomina al conjunto ecosistema PalmaFlex Total.
Nuevos sensores
Además del módulo de Previsión de Reservas, un segundo aspecto del proyecto PIPE en curso es el desarrollo de sensores más simples y precisos. Uno de ellos es el sensor de nivel del depósito. Además de su aplicación en tanques de vinaza, varios fueron instalados en embalses estratégicos para monitorear y recolectar datos para alimentar los algoritmos de inteligencia artificial que la empresa está desarrollando.
Otro equipo, en fase final de desarrollo y pruebas en laboratorio, es un nuevo sensor de humedad del suelo que permitirá recoger datos a varias profundidades con una sola varilla. Puede trabajar con el actual recolector de datos de cinco puertos o transmitir información vía radiofrecuencia con el protocolo PalmaFlex de forma autónoma.
La diferencia de este proyecto, según los socios de Espectro, radica en la integración de módulos de teledetección local y remota y algoritmos de predicción climática para el cálculo y estimación futura del balance hídrico y el suministro de agua en toda una cuenca fluvial que alimenta sistemas de riego. La empresa ya tiene experiencia en el estudio del balance hídrico local con el apoyo de sensores de suelo y clima gracias a módulos para agricultura ya vendidos.
“Estimamos la profundidad de la raíz, que absorbe agua del suelo, y con esta información y la lectura del sensor proporcionamos el panel de alerta, que informa cuánta agua hay disponible y muestra la evolución del almacenamiento de agua día a día”, dice Chinato. Asimismo, la empresa ya proporciona información climática para la fumigación, tanto en temperatura, humedad relativa y velocidad del viento como en delta T, información importante para el ingeniero agrónomo, que indica condiciones adecuadas o no para la actividad de fumigación.
El desafío que se propone en el proyecto PIPE es incrementar estas técnicas para que comiencen a generar información regionalizada en lugar de localizada. Para lograrlo es necesario trabajar en un entorno multiplataforma y con integración de sensores, fusión de datos, modelado y desarrollo de algoritmos de aprendizaje automático e inteligencia artificial.
equipo de alto nivel
Las misiones complejas requieren cerebro para llevarlas a cabo. “Encontrar a las personas adecuadas fue difícil, pero logramos traer al proyecto a dos estudiantes de doctorado de la Facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Unicamp [Universidad Estadual de Campinas]: Marcos Ricardo Covre y Douglas Henrique Siqueira Abreu”, dice Junqueira.
Los investigadores trabajan en el desarrollo de algoritmos, probándolos y validándolos. Covre evalúa trabajos teóricos y prácticos existentes, manteniendo contacto con investigadores de Embrapa Cerrados, por ejemplo, que realizaron un estudio en profundidad de la dinámica de los embalses utilizados en riego en varias regiones. Abreu se dedica a correlacionar las bases de datos disponibles para permitir el suministro de información a los regantes.
Además, Covre trabaja en la modelización matemática del balance hídrico, una forma de contabilizar las entradas y salidas de agua de un embalse natural. “Parte del desafío es descubrir la forma del embalse para medir el volumen de agua que contiene y así hacer una predicción en un horizonte de seis meses”, afirma.
¿Y cómo descubrir la forma y la profundidad, sin estar in situ? Éste es el desafío de Abreu, que trabaja en la captura de datos con imágenes satelitales y otra información. Combinando análisis estadístico, definición de precipitación y un modelo de inteligencia artificial, la intención es llegar a una previsión futura de posibles superficies lacustres. “La idea es tener un algoritmo más generalista, que pueda funcionar con cualquier lago”, dice Abreu.
Aunque todavía quedan más modelos en los que trabajar, más datos que recoger, más lagos que medir y ampliar la generalidad del modelo para obtener un buen producto que involucre inteligencia artificial, el modelo actual, según Chinatto, ya corrige alrededor del 80% de los errores. variaciones.
Además de Covre y Abreu, financiado por la FAPESP, el proyecto cuenta con un becario de marketing, pagado por el Sebrae, el ingeniero Fernando Ikedo, que apoya el área comercial y, durante el primer año del proyecto, también contó con el ingeniero agrónomo José Matheus. de Britto, quien colaboró en los análisis agronómicos y especificaciones de prueba para el nuevo sensor de suelo.
Para los socios de Espectro, sin este apoyo no sería posible desarrollar PalmaFlex Total. “Sin la FAPESP no tendríamos acceso a profesionales con la experiencia que aportan a la empresa. Con ellos el proyecto puede desarrollarse bien”, afirma Chinatto.
El objetivo es comercializar PalmaFlex Total a finales de 2025, incluyendo ya información relacionada con las autorizaciones de organismos estatales para el uso de agua en riego y disponibilidad de agua.
(Imagen de Fernando Augusto en Pixabay )
AGENCIA FAPESP