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El punto de partida para la optimización en muchas áreas del sector agrícola es una precisa detección inicial por medio de sensores

Reducción de pérdidas en la producción de espárragos gracias al IoT

Dr. Christian Lasarczyk, Bosch Deepfield Robotics, y Dr. Ludger Aldenhoff, BDSE Bruchsale. V14/11/2017
En el cultivo del espárrago blanco, la regulación de la temperatura por medio de cubiertas de plástico es un procedimiento habitual para acelerar la cosecha y regular las cosechas tardías. Sin embargo, las variaciones de temperatura de los caballones son también desafíos asociados a la calidad de los espárragos (Brückner, Geyer, y Ziegler, 2008).
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Los defectos de calidad típicos se muestran en la Figura 1. Grandes diferencias de temperatura (> 4 °C) entre la raíz del espárrago y la corona del caballón provocan un incremento de formación de turiones huecos. La proporción de turiones huecos (difíciles de vender) puede suponer hasta un 70% en el inicio de la cosecha y por consiguiente en la fase de precio más alto. También se pierde un 20% del beneficio por turiones huecos durante el resto de la temporada.

Otras pérdidas se producen debido a yemas abiertas. Dependiendo de la variedad, el riesgo de incremento de yemas abiertas aumenta significativamente a temperaturas de entre 20°C y 22°C en los caballones de 20 cm de profundidad (Brückner, Geyer, y Ziegler, 2008). Como se muestra la Figura 2, la cosecha puede verse afectada hasta en un 50% en un periodo de tres años en las variedades Gijnlim y Grolim (A. Heißner, 2006).

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Figura 1: Defectos de calidad de izquierda a derecha: turiones huecos, yemas abiertas y yemas quemadas (Aldenhoff, 2016).
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Figura 2: Porcentaje de turiones con yemas abiertas en función de las temperaturas en el caballón (A. HEIßNER, 2006).

En la Figura 3 (A. Heißner, 2006), se muestran las pérdidas totales de las variedades Gijnlim y Grolim debido al exceso de temperatura. El porcentaje de Clase I cae hasta un 30% en temperaturas comprendidas entre 20 y 24 °C.

Por último, una temperatura de aproximadamente 44 °C por debajo de la cubierta de plástico daña permanentemente la proteína y la yema de los espárragos, quemándolas. Por ese motivo es indispensable un control de la temperatura para asegurar la calidad de los espárragos y garantizar beneficios. La importancia del control de la temperatura queda reforzada por el hecho de que el crecimiento del espárrago blanco es particularmente alto sobre todo a altas temperaturas en el caballón, lo que hace que las pérdidas aumenten drásticamente.

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Figura 3: Porcentaje de turiones de Clase I en relación con las temperaturas del caballón (A. HEIßNER, 2006).

Estado de la técnica hasta el momento

El control de la temperatura en el espárrago por lo tanto no es un tema nuevo. Sin embargo, los diferentes enfoques diseñados para la medición de temperatura son muy diferentes, lo que hace que sean difíciles de integrar en el funcionamiento de un negocio de espárragos. La medición manual resulta la más compleja, y está sujeta a la variación de tiempo y lugar de medición. En particular, esta variación dificulta el análisis según avanza la temporada. Además, la mayor parte de las veces la medición manual sólo suele permitir una medición a las 18 h por lo que no es suficiente, al menos para la evaluación de riesgo de turiones huecos. Por este motivo, y debido a las inexactitudes y al esfuerzo que conlleva, la medición manual no es la elección idónea para la medición de temperatura de espárragos.

Varios sistemas técnicos dicen remediar esta situación. Sin embargo, el mantenimiento de estos sistemas es, en su mayoría, muy caro (ya sea porque las baterías tienen que ser sustituidas periódicamente, o porque la gestión de suscripciones móviles tiene que ser realizada por el agricultor). Asimismo, la transmisión de datos correspondientes a través de SMS o el hecho de que la disponibilidad de los datos de temperatura se haga exclusivamente por medio de un ordenador hacen que éstas no sean opciones vanguardistas. Les falta una presentación moderna y clara que permitan que el agricultor obtenga la información relevante con un simple vistazo. Por ello se requiere una automatización de la medición de la temperatura que se adecúe mejor a las necesidades de los productores de espárragos que las actuales soluciones en el mercado.

Las plantaciones se ven afectadas de manera diferente por este problema, ya que la cantidad de información de temperatura necesaria y el esfuerzo para conseguirla dependen de distintos factores. La más obvia es la distancia entre las plantaciones, ya que a menudo una medición local en una plantación no da lugar a una conclusión en otra plantación de apenas 5 km de distancia. En una región, con una orientación transversal y longitudinal de las plantaciones no uniforme en relación al sol y el viento afecta a la temperatura de los caballones. Asimismo, los diversos terrenos retienen el calor durante un tiempo variable, y esto depende en gran parte de la humedad de cada terreno. Además, la temperatura óptima depende de cada variedad de espárrago, por lo que el agricultor debe controlar variedades diferentes de formas diferentes. Como hemos comentado anteriormente, la propia estructura de un terreno (es decir, el número y la distribución de las plantaciones) aumenta sin duda tanto la complejidad de su funcionamiento como el número de diferentes cultivos, así como la cantidad de la información de temperatura requerida. Por otro lado, un control de temperatura optimizado también aumenta el posible potencial de optimización y, por tanto, el aumento del beneficio.

Deepfield Connect-Monitorización de espárragos

Existe un potencial de optimización no sólo en los espárragos, sino probablemente también en muchas áreas del sector agrícola. El punto de partida es una precisa detección inicial por medio de sensores, tales como sensores de temperatura. Robert Bosch GmbH cuenta con décadas de experiencia en la electrónica y en la producción de sensores. Deepfield Robotics, su filial, completamente subsidiaria, tiene como objetivo hacer este conocimiento disponible para la agricultura. Siendo nuevo en esta área, debe inicialmente entender mejor el mercado agrícola y los agricultores. Para conseguirlo, Deepfield Robotics desarrolla sus productos en estrecha colaboración con consultores y agricultores.

El primer producto, Deepfield Connect-Asparagus Monitoring, ayuda a que los productores de espárragos realicen un control de temperatura en sus plantaciones. Éste es el preludio de una serie de soluciones innovadoras para la agricultura.

En este artículo presentaremos, en colaboración con otros profesionales como el consultor Dr. Ludger Aldenhoff, cómo ha tomado forma este año el sistema de medición de temperatura y en qué aspectos nos hemos centrado aquí.

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Figura 4: Esquema. Los sensores miden la temperatura en la presa. La caja del sensor transmite los datos, por la nube, al Smartphone del agricultor.
Como punto de partida, Deepfield Robotics en calidad de subsidiaria de Bosch, tuvo que admitir que Bosch tiene mucha experiencia en diversos campos, pero poca en de la agricultura en general y en el del cultivo de espárragos en particular. Por lo tanto, Deepfield Robotics se dirigió a la Asociación de Productores de Espárragos y Fresas del Sur de Alemania y se puso en contacto con el Dr. Ludger Aldenhoff del departamento de consultoría.

La Asociación de Productores de Espárragos y Fresas decidieron desarrollar una solución conjunta idéntica para futuros usuarios. Rápidamente fuimos capaces de animar a siete productores para que instalasen diez de nuestros prototipos en sus campos. Acto seguido pudimos adaptar el sistema a las necesidades de los productores para la temporada 2015. En Deepfield Robotics nos quedamos impresionados con las ideas claras de los productores de espárragos y sus sugerencias constructivas para optimizar nuestra solución.

Técnicamente, la solución para la medición, transmisión y visualización de temperaturas de los caballones, es una aplicación en el campo de IoT. El IoT se caracteriza porque las cosas –en este caso los caballones de los espárragos– a través de sensores y una conexión a Internet pueden mantener a los agricultores al día constantemente sobre su condición –la temperatura de los caballones– (ver Figura 6). La ruta de acceso por Internet tiene muchas ventajas. Por un lado, la información no tiene costos adicionales y además es accesible en cualquier lugar y en cualquier momento: sobre todo no está vinculada a un receptor estacionario. En segundo lugar, si se desea, la información está disponible a un mayor número de receptores, por lo que no sólo los propios agricultores de espárragos pueden acceder a los datos, sino también su familia, sus trabajadores o sus asesores. Por último, el agricultor no sólo puede acceder a los datos actualizados en la fase decisoria si no también obtener el historial de los datos. Por medio de IoT, se abren por completo nuevas posibilidades para que el agricultor pueda integrar la información actual del campo en su horario de trabajo.

Para obtener una perfecta integración en el flujo de trabajo, todo un equipo de expertos dio especial importancia a la orientación recibida por los usuarios. Es decir, se dio la más alta prioridad a la simplicidad y claridad. La Figura 5 y la Figura 6 ilustran, a través de la aplicación en el Smartphone del agricultor, las temperaturas obtenidas de los sensores. Incluso se tomaron en consideración aspectos tales como el daltonismo. El sistema es particularmente fácil de instalar y la información esencial está siempre accesible de un sólo vistazo.
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Figura 5: Captura de pantalla del historial de temperatura a lo largo de un mes (izquierda) y diversas sumas de temperatura en varias zonas para evaluar el inicio de la cosecha (derecha).

Con un desarrollo y una orientación sólida hacia los usuarios, estamos convencidos de haber desarrollado una solución que puede integrarse sin problemas en el día a día del funcionamiento de las instalaciones de los agricultores. Los productores de espárragos pueden obtener la solución con el nombre de Deepfield Connect-Asparagus Monitoring, como primer paso de la serie Deepfield Connect. La aplicación está disponible tanto para iOS de Apple y como para Android y se puede descargar en la AppStore de Apple o en Google Play. La versión de demostración de esta aplicación ofrece una muy buena visión de su amplia gama de funciones.

La solución ya ha inspirado a los expertos de DLG. Debido a su innovación, DLG premió con una medalla de plata al Deepfield Connect Asparagus Monitoring en la Agritechnica 2015. Los expertos de ExpoSE –la mayor feria de espárragos y fresas en Alemania– quedaron convencidos por el Deepfield Connect-Asparagus Monitoring, y lo galardonaron con el Premio a la Innovación de 2015.

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Figura 6: Imágenes para un campo. Configuración de alarma (izquierda) y temperatura actual del pronóstico del tiempo del terreno (derecha). Los números rojos dan alerta de un incremento de los valores de alarma.
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Figura 7: Delante, la unidad de sensor para medición de la temperatura del suelo en cuatro niveles. Detrás, el sistema de transmisión de datos (figura similar).

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