Propuesta de un medidor de oxigeno disuelto en cultivos de Tilapia

Propuesta de un medidor de oxigeno disuelto en cultivos de Tilapia.
Martínez Suárez José Luis*; Pérez Delgado Abraham; Santa Esmeralda Sánchez Armas y
Erika Teresa Díaz Oreján.
Universidad Tecnológica de Tehuacán. Tehuacán, Puebla. México.
*Martínez Suárez José Luis: luis.martinez@uttehuacan.edu.mx; prolongación 1 sur No. 1101 San
Pablo Tepetzingo, Tehuacán, Puebla. México. C.P. 75859; Tel. 01(238)3803100.
Resumen
Las tilapias toleran bajos niveles de oxígeno en el agua. Sin embargo, el crecimiento, la
conversión alimentaria y la sobrevivencia se ven afectados cuando los peces son sometidos
frecuentemente a disminuciones en la concentración de Oxigeno Disuelto (O.D.). El productor
debe procurar mantener los niveles de OD en el agua por encima del 40% de la saturación, o sea,
en los 3mg/L o más de este gas (Kubitza et. al, 2009), El medio ambiente acuático abarca una
gran variedad de parámetros, físicos, químicos, interrelacionados entre sí, dando lugar a lo que se
llama "calidad del agua", condición muy importante que interviene en la salud de los peces. Los
factores físico-químicos de mayor importancia son: temperatura, pH, dureza. Oxígeno, amonio,
alcalinidad, nitratos y nitritos, sin embargo, es necesario desarrollar tecnología en este campo que
optimice los sistemas de producción y transformación de las especies acuícolas (Jiménez, 2007).
Una de las problemáticas en las granjas de acuacultura son los instrumentos de medición que
tienen un costo elevado en el mercado, con base a esto los productores optan por contratar gente
externa. La tecnología que ellos necesitan es de monitoreo y dado esto ellos pueden modificar el
entorno, sí alguna variable falla es posible disminuir la calidad del producto. Con base a ello se
muestra una propuesta del diseño de un medidor oxigeno disuelto por medio de arduino para que
los productores puedan tomar decisiones del proceso de cultivo de tilapia.
Palabras clave
Arduino, Tilapia, Oxigeno disuelto, Água.
Introducción
El término Acuicultura engloba todas las actividades que tienen por objeto la Producción,
Crecimiento, Desarrollo y Comercialización de organismos acuáticos, animales o vegetales, de
aguas dulces, salobres o saladas. La Acuicultura tiene una historia de 4.000 años (año 475 a.C.),
siendo China el primer país en cultivar carpa. Posteriormente en Japón se empezaron a cultivar
algunas especies de moluscos (año 750 d.C.). Ya en el siglo XX es cuando podemos decir que la
Acuicultura se expande por todo el mundo y desde hace 50 años se ha convertido en una
actividad económica relevante siendo el sector de producción de alimentos que está creciendo
más aceleradamente en todo el mundo (CICESE, 2003). Por ejemplo, desde 1984 la producción
acuícola ha aumentado a una tasa media anual de casi 10%, en comparación con el 3%
correspondiente a la carne de bovino y 1.6 % de la pesca. La Acuicultura está surgiendo como
importante suministro de alimentos e ingresos y así, como una de las principales contribuciones a
la seguridad alimentaria, además la Acuicultura, hoy por hoy, produce más de una cuarta parte de
la pesca total mundial (FAO, 2003). Sin embargo en México no fue hasta los años 60’s cuando se
empezó a cultivar y a difundir la carpa en el Altiplano, y durante el sexenio del presidente Díaz
Ordaz alrededor de 1967 se introducen Tilapia, Bagre y Trucha, en el centro y sureste de México.
En los 70’s, se inician los primeros esfuerzos para la producción de cultivo de camarón azul en
Sonora y a partir de esta siembra se apuntalan los estados del norte como los principales estados
en producción acuícola en todo el país (CICESE, 2003). Entre las especies que se cultivan en
México, destacan las diferentes especies de Tilapia (Oreochromis spp), con un aporte del 44.1%
de la producción nacional, Ostión (Crassostrea spp.,21%), Carpa (Cyprinus spp., 15.4%),
Camarón (Penaeus spp., 14.9%), Bagre (Ictalurus spp 1.5%) y Trucha (Oncorhinkusspp., 1%).
En el año 2006, siendo los estados de Veracruz, Michoacán y Puebla los principales productores
de Tilapia y Sonora y Sinaloa de Camarón. En la Fig. 1 se muestra un sistema de crianza.
Fig. 1 Sistema de crianza
Tilapia. La Tilapia tiene sus orígenes en África ya que se tienen datos desde hace 3000 años
atrás en algunos pasajes bíblicos, donde Egipto es el principal país donde se cultiva la
Oreochromis niloticus (SRAC 1999). Se tienen datos que a partir del año de 1939 se empezó a
distribuir a diversos países de tal forma hoy en día se encuentra distribuida en todo el mundo por
su valor comercial y al valor social ya que está destinada para la alimentación familiar y
autoconsumo (FAO, 2003)( La Tilapia fue introducida a México procedente de los Estados
Unidos por el Instituto Nacional de Investigaciones Biológico Pesqueras (hoy Instituto Nacional
de Pesca) y las especies que se trajeron fueron: O. Aurea, O. Melanopleura, O. Mossambica,
posteriormente se trajo la O. Nilotica y por último se trajo la variedad roja O .Mossambica, O.
Stirling (Morales, 2003). El cuerpo de estos peces es robusto comprimido, a menudo discoidal,
raramente alargado, con aleta dorsal que tiene de 23 a 31 espinas y radios; la boca es proctatil,
mandíbula ancha, a menudo bordeada por labios gruesos con dientes cónicos y en algunas
ocasiones incisivos, en otros casos puede presentar un puente carnoso (freno) que se encuentra en
el maxilar inferior, en la parte media debajo del labio. Generalmente, el macho se desarrolla más
que la hembra (Nicovita, 2006). La Tilapia son organismos generalmente herbívoros, se
alimentan de pastos, hojas, vegetación acuática o plantas terrestres sumergidas, lo que la
diferencia de otros peces que muestran preferencias por pequeños invertebrados y ciertos peces.
Habita en gran diversidad de cuerpos de agua; como son Arroyos, Ríos, Lagos y lagunas costeras,
incluso en hábitats marinos (SRA, 2000) Las Tilapias muestran una gran preferencia por aguas
de poca corriente o lenticas, poca profundidad y cerca de las orillas, refugiándose en márgenes de
pantanos y riberas entre las raíces de las plantas acuáticas y piedras. El cultivo de tilapia ha sido
popularizado debido a las cualidades que presenta este organismo, su carne es de excelente sabor,
tiene un crecimiento rápido, gran resistencia física, alta capacidad reproductora y adaptación para
vivir en condiciones de cautiverio, así como en estanques con alta densidad de organismos.
Además, acepta una amplia gama de tipos de alimento, por lo que resulta altamente rentable. De
igual forma, otra característica importante que le ha brindado una ventaja al cultivo de tilapia o
mojarra es que puede desarrollarse en aguas poco oxigenadas, así como en aguas dulces o
saladas, lo que ha permitido cultivarla junto con otras especies como el camarón y el langostino,
entre otros.
Oxígeno. Es el parámetro físico-químico más importante en el cultivo de especies acuáticas. El
grado de saturación del Oxígeno disuelto es inversamente proporcional a la altitud y directamente
proporcional a la temperatura y pH. La Tilapia tiene una tolerancia a bajas concentraciones de
oxígeno disuelto, pues aunque su presión parcial sea baja, su sangre es capaz de saturarse de
Oxígeno y más aún, de reducir su consumo si la concentración es inferior a 3 mg/l usando un
metabolismo semi-anaerobio, con el cual soporta niveles de 1 mg/l e incluso menor por períodos
cortos (Morales, 2003). En esta última condición disminuye además el consumo de alimento y
por lo tanto retarda su crecimiento, por ello no es aconsejable permitir un abatimiento de Oxígeno
por abajo de 2 o 3 mg/l sobre todo en días sombreados o en ausencia de luz solar, pues inclusive,
la depleción en la concentración de Oxígeno conducen a la aparición de enfermedades (Jiménez,
2007)
Materiales y Métodos.
A continuación se describen las características de los materiales empleados:
 Circuito de Oxígeno Disuelto (D.O.) V 5.0
 Características del micro tarjeta para monitorear el oxígeno disuelto
 Rango completo de lectura de D.O. +/- 0.01
 Precisión de 3 valores significativos (XX.XXX Mg/L)
 Sincronización de comunicación serial
 Calibración sencilla a cada 24 meses aproximadamente.
En la tabla 1, se muestran los valores de medición.
Parámetro
Mínimo
Típico
Máximo
Unidad
Temperatura
promedio
(Circuito PDB
D.O.)
Temperatura
promedio
(Prueba de PCB
D.O.)
VCC
(Alimentación)
-40
125
1
25
2.5
3.3
99
5.5
°C
°C
V
Tabla 1. Valores absolutos máximos en el sensor.
Resultados y Discusión
En la Fig. 2 se muestra el sistema de conexión simulado del arduino MEGA.
Fig. 2 Esquemático de conexión entre placa Arduino y PCB de sensor D.O.
A continuación se muestra el código de programación propuesto con el arduino MEGA:
/* Este software demuestre la forma de como el obtener las mediciones fáciles y tratarlas con
Atlas Scientific y Arduino MEGA
La línea TX3 del sensor va al RX del pin del embebido.
La línea RX3 del sensor va al RX del pin del embebido.
La línea RX3 va al TX del pin del embebido.
*/
Stringinputstring = "";
Stringsensorstring = "";
booleaninput_stringcomplete = false;
booleansensor_stringcomplete = false;
voidsetup(){
Serial.begin(38400);
Serial3.begin(38400);
inputstring.reserve(5);
sensorstring.reserve(30);
}
//Una cadena llega a los datos de la PC
//Una cadena da los datos a la PC
//Recibe datos de la PC
//Recibe datos del sensor Atlas Scientific
//Inicializa en hardware serial puerto 0
//Inicializa en software serial puerto 3
//Reserva bytes para los datos del PC
//Reserva bytes para los datos del sensor
voidserialEvent() {
//Si el puerto 0 serial, recibe un carácter
charinchar = (char)Serial.read();
//se asigna a inputstring, si llega una caracter
inputstring += inchar;
//como <CR>, pone una bandera
if(inchar == '\r') {input_stringcomplete = true;}
}
void serialEvent3(){
//Si el puerto 3 serial, recibe un carácter
charinchar = (char)Serial3.read();
//se asigna a inputstring, si llega una caracter
sensorstring += inchar;//como <CR>, pone una bandera
if(inchar == '\r') {sensor_stringcomplete = true;}
}
voidloop(){
//Si una cadena del PC ha sido recibida
if (input_stringcomplete){ Serial3.print(inputstring); //Envia una cadena al sensor D.O.
inputstring = ""; input_stringcomplete = false;
// Reset de bandera usada para decir
//si se ha completado una cadena del PC
}
if (sensor_stringcomplete){
//Si una cadena del D.O. recibe datos, envía la
//cadena al PC del serial monitor, para visualizar //de
//ésta forma en el puerto serial,
Serial.println(sensorstring); sensorstring = ""; sensor_stringcomplete = false;
}
//Reset de bandera usada en cadena del D.O.
}
Cabe mencionar que el proceso de visualización de datos medidos solamente, se ha desarrollado
en comunicación serial.
Conclusiones
La Acuicultura está surgiendo como importante suministro de alimentos e ingresos y así,
como una de las principales contribuciones a la seguridad alimentaria, además, la Tilapia es una
especie que por sus características biológicas, para consumo humano y su producción requiere de
condiciones ambientales de manejo mínimo, de tal forma que el conocimiento obtenido en esta
investigación contribuirá a las recomendaciones que le sean útiles a los productores para tener un
mejor proceso de manejo en las granjas. Se pretende monitorear una variable como lo es el
oxigeno disuelto por medio de Arduino y con ello se lograra obtener un dispositivo móvil y de
bajo costo así como accesible de manipular, con base a esto los productores pueden disminuir
costos al prescindir de los servicios de empresas que se dedican a monitorear.
Bibliografía
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dirección: http://acuicultura.cicese.mx/in_mex.htm
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http://www.sagpya.mecon.gov.ar/new/0-0/pesca/acuicultura/cultivo
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Jiménez, F., 2007. Autosim Sobre las Principales Enfermedades Exoticas de los Peces,
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 Kubitza F. 2009 y et. Al.Producción de Tilapias en estanques excavados en tierra;
estrategias
avanzadas
en
manejo.
Disponible
en
internet
desde:
http://www.minagri.gob.ar/site/pesca/acuicultura/01=cultivos/01especies/_archivos/000008Tilapia/100331_Producci%C3%B3n%20de%20tilapia%20en%20estanques%20excavado
s%20en%20tierra.pdf
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Morales, A. 2003. Biología, Cultivo y Comercialización de la Tilapia. AGT Editor, S. A.
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Nicovita, 2006. Manual
http://www.alicorp.com.pe
de
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Alicorp,
Dirección:
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http://www.sra.gob.mx/programas/fondo_tierras/manuales/cultivo_tilapia_estanques_circ
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Srac, 1999. Tilapia Life History and Biology. Publicación No. 283, 1-4 pp. Dirección:
http://www.ca.uky.edu/wkrec/ Tilapia Life History and Biology.pdf