Las operaciones agrícolas, la gestión de tierras y los proyectos ambientales tienen una gran necesidad de monitorear y registrar de manera constante las condiciones del campo durante largos períodos de tiempo. Evaluar las condiciones ambientales locales puede ser fundamental para programar las operaciones agrícolas, así como para tomar decisiones importantes de gestión. Sin embargo, debido a la ubicación remota de muchas granjas y sitios, este monitoreo puede resultar un gran desafío. Este desafío se agrava aún más en lugares donde no hay acceso a la red eléctrica, señal de Wi-Fi, servicio celular u otros medios para alimentar los sensores y transmitir datos vitales.

En este contexto, el uso de sistemas fotovoltaicos (FV) simples e independientes, junto con dispositivos inalámbricos tipo «jetpack» y/o redes de área amplia de baja potencia (LPWA), representa una solución viable y rentable para abordar algunos de estos desafíos. Este breve estudio de caso destaca el uso de uno de estos sistemas para realizar un monitoreo en tiempo real de las condiciones ambientales, incluida la salud del suelo. Además de la monitoreo, este sistema también fue capaz de controlar un sistema de riego con control Wi-Fi Hunter PHC-1200.

Fig. 1 Plano del sitio del sistema piloto de fitorremediación instalado en Kihei, Maui.

Las organizaciones Ridge to Reefs y Sunshine Vetiver Solutions estaban implementando un sistema de tratamiento de aguas residuales basado en la naturaleza en Kihei, Maui, Hawái. Actualmente, el estado de Hawái inyecta más de 15 millones de galones al día de efluente de aguas residuales tratadas secundariamente en pozos de inyección de agua subterránea. En 2020, el Tribunal Supremo de los Estados Unidos dictaminó que esta práctica controvertida constituía una violación de la Ley de Agua Limpia en el caso histórico Condado de Maui contraFondo de Vida Silvestre de Hawái. Para destacar las alternativas de bajo costo a la inyección en aguas subterráneas, se diseñó y construyó un sistema piloto de fitorremediación con el fin de determinar el área necesaria para tratar y eliminar los 1.8 millones de galones por día que la Planta de Recuperación de Aguas Residuales de Kihei inyecta actualmente. Para medirlo, se estableció en el sitio una parcela de ⅓ acre con el cultivar estéril «Sunshine» de vetiver. 

Figura 2. Establecimiento del vetiver en un plazo de tres meses.

No había acceso a la red eléctrica ni a Internet, lo que hacía que el monitoreo del sistema fuera un verdadero desafío. En primer lugar, se instaló un sistema fotovoltaico de bajo costo y pequeña capacidad, que incluía un solo panel solar, un controlador de carga, una batería y un inversor. Los componentes electrónicos de este sistema se instalaron dentro de un contenedor de carga en el sitio, mientras que el único panel solar se colocó en la parte superior del contenedor.

A continuación, se compró un dispositivo Mi-Fi Jetpack de Verizon, que funciona como punto de acceso móvil, en una tienda local de Verizon. Aunque este servicio requería una suscripción mensual, proporcionaba una conexión a Internet constante y estable, lo que permitía que el resto de los componentes recibieran y transmitieran datos. Además, el Jetpack consumía muy poca energía a través de una conexión USB y era ideal para funcionar con un pequeño sistema fotovoltaico conectado al inversor.

Figura 3. Estación meteorológica inalámbrica Vantage Pro 2 de Davis Instruments.

Para medir las condiciones ambientales locales, incluyendo la precipitación, la temperatura, la velocidad del viento y la radiación solar, se instaló en el sitio una estación meteorológica inalámbrica Vantage Pro 2 de Davis Instruments. Además de las condiciones atmosféricas, el proyecto requería que se realizara un monitoreo en tiempo real de los nutrientes dentro del perfil del suelo. Para ello, se instalaron dos sondas de suelo Terralytic entre las hileras de vetiver en diferentes ubicaciones dentro de la parcela de prueba. Estas sondas pueden registrar y transmitir datos en tiempo real sobre parámetros importantes para la salud del suelo, como la humedad, la salinidad, los nitratos, el potasio, el fósforo, la temperatura del suelo, el pH, la respiración y la aireación, lo que nos permitió verificar que el sistema funcionaba correctamente y trataba de manera eficaz el efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales.  

Figura 4. Sonda de suelo Terralytic y los distintos parámetros sobre los que proporciona datos en tiempo real.

Por último, también se instaló en el sitio un sistema de control de riego por Wi-Fi Hunter PHC-1200, lo que permitió a nuestro equipo monitorear y controlar de manera inalámbrica la distribución de efluentes a lo largo de las diferentes zonas de nuestra parcela de prueba. El software Hydrawise que controla este sistema permite el acceso en cualquier momento desde un teléfono inteligente o una tableta gracias a esta función de monitoreo remoto, lo que facilita el monitoreo y la administración a distancia de los controles de riego. Además, el monitoreo en línea se vinculó con datos locales de pronóstico del clima, incluyendo temperatura, velocidad del viento, precipitación y otros factores, para ajustar automáticamente nuestro sistema a las condiciones locales. Esto garantizó que no regáramos mientras llovía y maximizó el potencial de evapotranspiración del sistema.

Figura 5. El sistema de control de riego con Wi-Fi Hunter PHC-1200 que se instaló en el lugar.

Un sistema fotovoltaico autónomo, sencillo y de bajo costo, puede combinarse con tecnología de puntos de acceso móvil disponible en el mercado y estaciones meteorológicas o sondas de suelo para proporcionar datos de alta calidad y en tiempo real tanto sobre las condiciones atmosféricas como sobre la salud del suelo. Además, este tipo de configuración puede combinarse con controladores de riego con conexión Wi-Fi, lo que permite a los agricultores, propietarios de tierras y administradores de tierras controlar y automatizar las operaciones de riego de manera altamente eficiente, incluso en áreas remotas que carecen de energía de la red eléctrica y de conectividad.

Todas las fotos son cortesía de Ridge to Reefs.