DISEÑO DE SECADOR DE CAFÉ CONTROLADO CON TECNOLOGÍA IOT

AUTORES

YOAN ANDRES CASTRO LEMA

JUAN ESTEBAN MORALES GARCÍA

PROYECTO DE GRADO

TECNOLOGÍA EN MECATRÓNICA

DIRECTOR

M. Sc. ADONAÍ ZAPATA GORDON

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA

FACULTAD DE TECNOLOGÍA

INGENIERÍA EN MECATRÓNICA

PEREIRA

2025

DISEÑO DE SECADOR DE CAFÉ CONTROLADO CON TECNOLOGÍA IOT

YOAN ANDRES CASTRO LEMA – C.C.1088320205

JUAN ESTEBAN MORALES GARCÍA – C.C 1001184250

DIRECTOR

M. Sc. Adonaí Zapata Gordon

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA

FACULTAD DE TECNOLOGÍA

INGENIERÍA EN MECATRÓNICA

PEREIRA

2025

AGRADECIMIENTOS

Expresamos nuestro profundo agradecimiento a la Universidad Tecnológica de Pereira por proporcionar el conocimiento, los recursos y el entorno adecuado para nuestro conocimiento académico y el espacio necesario para desarrollar este proyecto.

Agradecemos profundamente al profesor M.Sc. Adonai Zapata Gordon, cuya orientación, paciencia y experiencia nos permitieron desarrollar este documento, brindándonos el apoyo y la dedicación necesarios para superar los desafíos que enfrentamos durante este proceso.

De manera especial, cada uno desea expresar su gratitud personal:  Yoan Andrés Castro Lema extiende su más profundo agradecimiento a su hermana, Mónica Yuliana Guerrero, por estar siempre a su lado y brindarle el ánimo necesario en cada etapa de su camino académico, siendo su apoyo un motor fundamental para seguir adelante y nunca rendirse.

 A Juan Esteban Morales, por su camaradería y colaboración, y a todos aquellos que de alguna manera contribuyeron a este proyecto, les extendemos nuestro más sincero agradecimiento por su apoyo y compromiso.

TABLA DE CONTENIDO

CAPITULO 1 ................................................................................................................................... 13

1.

Definición de la propuesta ........................................................................................................ 13

1.1.

Definición del problema .................................................................................................. 13

1.2.

Planteamiento del problema ........................................................................................... 13

1.3.

Formulación del problema ............................................................................................... 14

1.4.

Sistematización ................................................................................................................ 14

1.4.1.

Preguntas generales .................................................................................................... 14

1.4.2.

Preguntas específicas .................................................................................................. 14

1.5.

Delimitación ..................................................................................................................... 15

1.6.

Objetivos .......................................................................................................................... 15

1.6.1.

Objetivo general .......................................................................................................... 15

1.6.2.

Objetivo específico ...................................................................................................... 15

1.7.

Justificación referencias ................................................................................................... 16 CAPITULO 2 ....................................................................................................................................... 17

2.

Sistemas de secado del café ...................................................................................................... 17

2.1.

Fundamentos de procesos de transformación del café .................................................. 17

2.2.

Tipos se secadores de café. ............................................................................................. 18

2.2.1.

Marquesinas y secadores parabólicos ......................................................................... 19

2.2.2.

Elbas o casa de elbas ................................................................................................... 19

2.2.3.

Secadores mecánicos. ................................................................................................. 20

2.2.4.

Transmisión remota del sistema de secado de café. .................................................. 22

2.2.5.

Autonomía energética ................................................................................................. 23

2.2.6.

Impacto y adaptabilidad .............................................................................................. 23

2.2.7.

Estructura física y protección ...................................................................................... 24

2.2.8.

Durabilidad y resistencia ante condiciones extremas ................................................. 24

2.2.9.

Facilidad de instalación y funcionamiento .................................................................. 25

2.2.10.

Rasgos y características de los sistemas de monitoreo .......................................... 25

2.3.

Ecuaciones del secado optimo del café ........................................................................... 26

2.3.1.

Método gravimétrico................................................................................................... 26

2.3.2.

Método de Fick (Modelo teórico) [24] ........................................................................ 27

2.3.2.1.

Método de Page (Modelo simple) .......................................................................... 27

2.3.3.

Coeficiente de transferencia de calor por convección entre el aire y el grano. ......... 28

2.4.

Módulos de control.......................................................................................................... 29

2.4.1.

ESP32 ........................................................................................................................... 29

2.4.2.

Arduino uno ................................................................................................................. 30

2.4.3.

Raspberry Pi Pico ......................................................................................................... 30

2.4.4.

STM32FL03 (Blue Pill) .................................................................................................. 31

2.4.5.

Comparativa de módulos de control. .......................................................................... 32

2.5.

Sensores ........................................................................................................................... 33

2.5.1.

DHT11 .......................................................................................................................... 33

2.5.2.

DHT22 (AM2302) ......................................................................................................... 34

2.5.3.

AM2320 ....................................................................................................................... 35

2.5.4.

ML8511 ........................................................................................................................ 36

2.5.5.

GUVA- S12SD ............................................................................................................... 36

2.5.6.

Sensor de lluvia o gotas de agua ................................................................................. 37

2.6.

Módulos de comunicación. .............................................................................................. 38

2.6.1.

Módulo LoRa DX-LR01 ................................................................................................. 38

2.6.2.

Módulo Wi-Fi ESP-01 ................................................................................................... 39

2.6.3.

Módulo Bluetooth HC-05 ............................................................................................ 40

2.6.4.

Módulo XBee Serie 3 (ZigBee) ..................................................................................... 41

2.6.5.

Módulo RF NRF24L01+ ................................................................................................ 42

2.7.

Sistemas de solares de alimentación ............................................................................... 43

2.7.1.

Controlador de carga HX-2-JH20-V1............................................................................ 43

2.7.2.

Controlador de Carga PWM LS1024B .......................................................................... 44

2.7.3.

Controlador EPEVER Tracer 1210AN ........................................................................... 45

2.7.4.

Panel Solar Monocristalino 9V 3W .............................................................................. 46

2.7.5.

Panel solar policristalino 9V 5W .................................................................................. 47

2.7.6.

Panel solar flexible 9V 10W ......................................................................................... 48

2.8.

Herramientas de Diseño CAD .......................................................................................... 49

2.8.1.

SolidWorks (Diseño 3D Paramétrico) .......................................................................... 49

2.8.2.

AutoCAD (3D) .............................................................................................................. 50

2.8.3.

Blender (3D)................................................................................................................. 51

2.8.4.

Fusión 360 (3D) ............................................................................................................ 52

2.9.1.

Proteus 8 Profesional .................................................................................................. 53

2.9.2.

KiCad ............................................................................................................................ 54

2.9.3.

Autodesk Eagle ............................................................................................................ 55

2.10.

Manufactura adictiva ....................................................................................................... 56

2.10.1.

FDM (Fused Deposition Modeling) ......................................................................... 57

2.10.2.

SLA (Stereolithography). ......................................................................................... 57

2.10.3.

SLS (Selective Laser Sintering) ................................................................................. 58

2.10.4.

Filamentos para Impresión 3D (FDM) ..................................................................... 59

2.10.5.

Aplicaciones de la Manufactura Aditiva .................................................................. 60 CAPITULO 3 ....................................................................................................................................... 62

3.

Prototipo de adquisición de datos ambientales para el monitoreo de condiciones de secado de café ............................................................................................................................................... 62

3.1.

Antecedentes ................................................................................................................... 62

3.2.

Secadora marquesina para el secado de café ................................................................. 62

3.3.

Secadora de café tipo marquesina con energía fotovoltaica .......................................... 63

3.4.

Descripción de la curvatura parabólica de los secadores ................................................ 64

3.4.1.

Descripción de la curvatura parabólica de los secadores ................................................ 64

3.5.

Diseño mecánico .............................................................................................................. 65

3.5.1.

Diseño estructura metílica. ......................................................................................... 67

3.5.2.

Diseño sistema de anclaje. .......................................................................................... 67

3.5.3.

Diseño completo .......................................................................................................... 68

3.6.

Selección del sistema de censado .................................................................................... 68

3.6.1.

Componentes electrónicos usados ............................................................................. 68

3.6.2.

Esquema electrónico ....................................................................................................... 71

3.6.3.

Montaje de pruebas .................................................................................................... 73

3.7.

Diseño del algoritmo de control ...................................................................................... 80 CAPITULO 4 ....................................................................................................................................... 84

4.

Resultados ................................................................................................................................. 84

4.1.

Esquema definitivo. ......................................................................................................... 84

4.2.

Simulación protoboard. ................................................................................................... 85

4.3.

Implementación del código transmisión de datos .......................................................... 86

4.3.1.

Implementación del código recepción de datos .............................................................. 87

5.

Conclusiones.............................................................................................................................. 88

6.

Recomendaciones ..................................................................................................................... 89

7.

Bibliografía ................................................................................................................................ 90

8.

Anexos ....................................................................................................................................... 98

LISTA DE IMAGENES

Figura 2. 1 Proceso de secado de café. [15]. .............................................................................. 18 Figura 2. 2. Secado de café. [15]. .................................................................................................. 18 Figura 2. 3 Secador de café parabólico. [17]. .............................................................................. 19 Figura 2. 4. Camas de secado Elba. [18]. ..................................................................................... 20 Figura 2. 5. Máquina de secado de café. [19]. ............................................................................. 20 Figura 2. 6. Diseño en 3D con sus bandejas, sistemas de ductos de entradas de aire, colector solar y sistema de extracción de humedad. [20]. ....................................................... 21 Figura 2. 7. Microcontroladores Industria 4.0. [21]. ..................................................................... 22 Figura 2. 8. Esquema del monitoreo del voltaje e intensidad luminosa. [22]. ......................... 23 Figura 2. 9. ESP32-WROOM-32U. [26]. ....................................................................................... 30 Figura 2. 10. Arduino uno. [27]. ...................................................................................................... 30 Figura 2. 11. Raspberry Pi. [28]. ..................................................................................................... 31 Figura 2. 12. Blue Pill STM32 ARM Mini - STM32F103C8T6. [29]. .......................................... 32 Figura 2. 13. Temperatura y humedad DHT11. [30]. .................................................................. 34 Figura 2. 14. DHT22 (AM2302). [31]. ............................................................................................ 35 Figura 2. 15. Sensor de temperatura y humedad AM2320. [32]. .............................................. 35 Figura 2. 16. Sensor luz ultra violeta ML8511. [33] ..................................................................... 36 Figura 2. 17. Sensor luz ultra violeta Guva-s12sd. [33] .............................................................. 37 Figura 2. 18. Sensor detector de lluvia. [34] ................................................................................. 38 Figura 2. 19. Módulo LoRa DX-LR01. [35].......................................................................................... 39 Figura 2. 20. Módulo WIFI Serial ESP01 ESP8266. [36]. .......................................................... 40 Figura 2. 21. Módulo Bluetooth HC-05. [37]. ................................................................................ 41 Figura 2. 22. Módulo XBee Serie 3 (ZigBee). [38]. ...................................................................... 42 Figura 2. 23. Transceptor inalámbrico NRF24L01 (2.4GHz). [39]. ........................................... 43 Figura 2. 24. Controlador de Carga HX-2-JH20-V1. [40]. .......................................................... 44 Figura 2. 25. Controlador de Carga PWM LS1024B. [41]. ......................................................... 45 Figura 2. 26. Controlador de carga MPPT EPEVER Tracer 1210AN. [42]. ............................. 46 Figura 2. 27. Panel Solar Monocristalino. [43] ............................................................................. 47 Figura 2. 28. Panel Solar Poli cristalino 9V 5W. [43]. ................................................................. 48 Figura 2. 29. Panel Solar Flexible 9V 10W. [37]. ......................................................................... 49 Figura 2. 30. Diseño 3D en SolidWorks. [44]. .............................................................................. 50 Figura 2. 31. Herramienta AutoCAD 3D. [45]. .............................................................................. 51 Figura 2. 32. Herramienta Blender (3D). [46]. .............................................................................. 52 Figura 2. 33. Herramienta de diseño Fusion 360. [45]. ............................................................... 53 Figura 2. 34. Herramienta de diseño de circuitos proteus. [47]. ................................................ 54 Figura 2. 35. Herramienta para edición de circuitos impresos. [48]. ........................................ 55 Figura 2. 36. Circuito ordenado y en rutado con herramienta Eagle. [49]. .............................. 56 Figura 2. 37. Impresión FDM. [50]. ................................................................................................ 57 Figura 2. 38. SLA (Estereolitografía). [51]..................................................................................... 58 Figura 2. 39. Impresión SLS (Sinterizado Selectivo por Láser). [52]. ....................................... 59 Figura 2. 40. Ejemplo de tipos de filamentos disponibles: a) elastómero termoplástico; b) ácido poliláctico con grafeno; c) PLA; d) PVA; e) policarbonato. [53]. ................................... 60

Figura 3. 1. Secado tradicional de café en Elda. [56]. ................................................................ 62 Figura 3. 2. Secado café marquesina. [57]. .................................................................................. 63 Figura 3. 3. Vista trimétrico diseño secadora. [58]. ..................................................................... 63 Figura 3. 4. Secador Marquesina. [61]. ............................................................................................. 64 Figura 3. 5. Medidas secador de café (Autor). ............................................................................. 65 Figura 3. 6. Malla del modelo canónico. [63]. ................................................................................... 65 Figura 3. 7. Estructura metálica. (Autor) ....................................................................................... 67 Figura 3. 8. Diseño de ajuste entre la base y el arco. (Autor). .................................................. 67 Figura 3. 9. Diseño preliminar. (Autor). ......................................................................................... 68 Figura 3. 10. Sensor de Humedad y Temperatura ...................................................................... 69 Figura 3. 11. Sensor GUVA-S12SD. .............................................................................................. 69 Figura 3. 12. Sensor de lluvia. ........................................................................................................ 69 Figura 3. 13. Controlador de carga HX-2S-JH20. ........................................................................ 70 Figura 3. 14. Módulo LoRa One. .................................................................................................... 70 Figura 3. 15. Diseño del circuito electrónico. (Autor). ................................................................. 71 Figura 3. 16. Montaje DTH11.(Autor). ............................................................................................... 73 Figura 3. 17. Monitoreo de la humedad. (Autor). ............................................................................. 73 Figura 3. 18. Funcionamiento sensor de lluvia.(Autor). .................................................................... 74 Figura 3. 19. Monitoreo lluvia. .......................................................................................................... 74 Figura 3. 20. Código sensor de lluvia.(Autor). ................................................................................... 75 Figura 3. 21. Prototipo con sensor UV.( Autor). ................................................................................ 75 Figura 3. 22. Monitoreo de la radiación solar. (Autor) ...................................................................... 76 Figura 3. 23. Código de radiación UV. (Autor)................................................................................... 76 Figura 3. 24. Prototipo con extractor de aire. ................................................................................... 77 Figura 3. 25. Código para iniciar el ventilador extractor. (Autor). .................................................... 77 Figura 3. 26. Prototipo con pantalla de visualización. (Autor) .......................................................... 78 Figura 3. 27. Código de receptor pantalla. (Autor). .......................................................................... 78 Figura 3. 28. Montaje de los componentes electrónicos (Autor). .............................................. 79 Figura 3. 29. Código de visualización de datos en pantalla. (Autor). ................................................ 79 Figura 3. 30. Algoritmo de temperatura y humedad. (Autor) ........................................................... 80 Figura 3. 32. Código transmisión. (Autor). ........................................................................................ 81 Figura 3. 34. Código de función Isnan. (Autor). ................................................................................ 81 Figura 3. 35. Código de envío de las variables. (Autor). .................................................................... 82 Figura 3. 36. Código pantalla Oled. (Autor). ...................................................................................... 82 Figura 3. 37. Código de recepción de datos. (Autor). ....................................................................... 83 Figura 3. 38. Código de datos impresos en pantalla. (Autor). ........................................................... 83

8. 1. Código dht11. (Autor).

98

8. 2. Código sensor de lluvia. (Autor).

99

8. 3. Código transmisión LoRa.

99

8. 4. Condicional sensor lluvia.

100

8. 5. Plano anclaje base. (Autor).

8. 6. Arco. (Autor).

101

8. 7. Marquesina. (Autor).

103

8. 8. ESP32 DevKid v4. [64].

103

8. 9.Datasheet sensor dth11. [65]

104

8. 10. Sensor de lluvia. [66].

104

8. 11.Modulo LoRA. [67].

105

8. 12. Panta LED. [68].

105

8. 13. Datasheet sensor GUVA-S12DS UV. [69].

LISTA DE TABLAS

Tabla. 1. Listado de los rasgos y características de los Sistemas de Monitoreo Ambiental Inteligentes. ..................................................................................................................................... 26 Tabla. 2. Comparación de módulos de control. ........................................................................... 33

RESUMEN

Este proyecto presenta el diseño y desarrollo de un prototipo de sistema de monitoreo y secado de café basado en tecnología de comunicación IoT. Su principal objetivo es la recopilación y transmisión eficiente de datos de precipitación en tiempo real, con la capacidad de operar en diversas zonas, incluyendo áreas rurales y de difícil acceso. El sistema busca enfrentar los desafíos asociados al cambio climático, como el fenómeno del Niño, que impacta sectores estratégicos en Colombia, tales como la caficultura, la energía, la biodiversidad, los recursos hídricos, la agricultura y ganadería, el turismo y la seguridad alimentaria. Para ello, integra tecnologías de bajo costo y alta eficiencia, incluyendo sensores ambientales, paneles solares y módulos de comunicación inalámbrica, ofreciendo una solución accesible y escalable para optimizar el proceso de secado del café. Se llevarán a cabo pruebas en laboratorio y en campo para validar su eficacia bajo condiciones reales, con el propósito de proporcionar información precisa que permita un secado eficiente y autónomo del café.

ABSTRACT

This project presents the design and development of a prototype coffee drying and monitoring system based on IoT communication technology. Its main objective is the efficient collection and real-time transmission of precipitation data, with the ability to operate in various areas, including rural and hard-to-reach regions. The system aims to address the challenges associated with climate change, such as the El Niño phenomenon, which impacts strategic sectors in Colombia, including coffee farming, energy, biodiversity, water resources, agriculture and livestock, tourism, and food security. To achieve this, it integrates low-cost and high-efficiency technologies, including environmental sensors, solar panels, and wireless communication modules, offering an accessible and scalable solution to optimize the coffee drying process. Laboratory and field tests will be conducted to validate its effectiveness under real conditions, with the goal of providing accurate information for efficient and autonomous coffee drying.

CAPITULO 1

1. Definición de la propuesta

1.1.

Definición del problema El proceso de secado del café es una las etapas fundamentales en la producción, ya que influye directamente en la calidad final del grano y, por ende, en su valor en el mercado. Tradicionalmente, el secado del café se ha realizado de manera artesanal, extendiendo los granos al sol en patios o marquesinas, lo que depende en gran medida de las condiciones climáticas [1]. Sin embargo, esta metodología presenta varios inconvenientes, como la exposición a lluvias inesperadas, la variabilidad de la humedad ambiental y la falta de monitoreo sobre la temperatura, lo que puede generar fermentaciones no deseadas, desarrollo de moho y pérdida de calidad en el grano.

En regiones como el Eje Cafetero colombiano, donde la producción de café es uno de los pilares fundamentales de la economía [2], la falta de métodos eficientes de secado representa una problemática significativa. Factores como el cambio climático han acentuado los desafíos para los caficultores, con periodos de lluvias más intensos y temperaturas irregulares que afectan directamente el proceso de secado. A esto se suma la falta de acceso a tecnologías avanzadas por parte de pequeños y medianos productores, quienes, en su mayoría, dependen de técnicas rudimentarias que no garantizan una calidad uniforme en el producto final.

El uso de tecnología IoT y automatización en el secado del café representa una alternativa viable para mitigar estos problemas. A través de sensores de temperatura, humedad relativa y sistemas de ventilación automatizados, es posible optimizar el proceso, reduciendo tiempos de secado y garantizando condiciones adecuadas para preservar la calidad del grano [3]. Sin embargo, a pesar del potencial de estas soluciones, aún existe una brecha en la implementación de este tipo de tecnologías en el sector cafetero colombiano, principalmente por falta de conocimiento y acceso a infraestructura adecuada. La implementación de este sistemas no solo mejorara la calidad del café, sino que también permitirá optimizar los recursos energéticos y reducir la dependencia de los factores climáticos contribuyendo así al fortalecimiento del sector cafetero en Colombia.

1.2.

Planteamiento del problema El proceso de secado del café es fundamental para preservar su calidad y evitar la proliferación de hongos y microorganismos que pueden deteriorar el grano [4]. Sin embargo, los métodos tradicionales de secado al sol presentan múltiples desafíos, especialmente en zonas con alta humedad relativa y precipitaciones irregulares, lo que puede comprometer la uniformidad y el tiempo del proceso [5]. Tradicionalmente, los caficultores han utilizado el secado al sol en patios o

marquesinas, un método que, aunque accesible, depende en gran medida de las condiciones climáticas, lo que puede afectar la homogeneidad del proceso y aumentar el riesgo de defectos en el grano [6].

El cambio climático ha intensificado la variabilidad en las condiciones meteorológicas, con fenómenos como El Niño y La Niña alterando los ciclos normales de precipitación y temperatura. Esto ha llevado a pérdidas económicas significativas para los caficultores debido a retrasos en el secado, fermentación no deseada del grano y proliferación de microorganismos que afectan su calidad [7]. La falta de acceso a tecnologías avanzadas de monitoreo y control dificulta la implementación de procesos más eficientes y estandarizados en las fincas cafeteras de pequeña y mediana escala.

Los métodos tradicionales de secado al sol presentan múltiples desafíos, especialmente en zonas con alta humedad relativa y precipitaciones irregulares, lo que puede comprometer la uniformidad y el tiempo del proceso [8].

1.3.

Formulación del problema ¿Cómo desarrollar un sistema automatizado de secado de café basado en tecnología IoT que permita optimizar el proceso, garantizar una mejor calidad del grano y reducir la dependencia de las condiciones climáticas en zonas productoras de café en Colombia?

1.4.

Sistematización

1.4.1. Preguntas generales

¿Cuáles son los principales desafíos que enfrentan los caficultores con los métodos de secado?

¿Cómo puede la tecnología IoT optimizar el monitoreo de la temperatura y humedad del café?

1.4.2. Preguntas específicas

¿Cuáles son los parámetros óptimos de temperatura y humedad para el secado del café?

¿Cómo impactan las condiciones climáticas en la variabilidad del secado y como se puede mitigar?

¿Qué ventajas ofrece el uso de un sistema automatizado a uno tradicional? ¿Cómo puede la telemetría mejorar la supervisión del proceso de secado en tiempo real?

1.5.

Delimitación Este estudio presenta ciertas limitaciones inherentes al desarrollo y validación de un sistema automatizado de secado de café basado en sensores ambientales y tecnología IoT. Entre las principales restricciones se encuentran los recursos financieros y tecnológicos disponibles, los cuales podrían influir en la selección de componentes y en la implementación de características avanzadas, como algoritmos de optimización o almacenamiento de datos en la nube.

El tiempo destinado al desarrollo del proyecto está circunscrito al período académico establecido, lo que restringe la posibilidad de realizar pruebas prolongadas en diferentes ciclos de cosecha o en múltiples ubicaciones. Además, la evaluación del sistema se llevará a cabo en un entorno de prueba específico, la finca "La Primavera", ubicada en Marsella, Risaralda, lo que implica que los resultados obtenidos estarán limitados a las condiciones climáticas y geográficas de esta región, dificultando su generalización a otros contextos productivos.

Asimismo, la instrumentación y los métodos empleados estarán determinados por los recursos disponibles, lo que conlleva el uso de sensores y dispositivos accesibles que permitan validar la funcionalidad del sistema sin comprometer su viabilidad económica. A pesar de estas limitaciones, el estudio busca generar resultados relevantes dentro de los parámetros establecidos, proporcionando una base para futuras investigaciones y mejoras en la automatización del secado del café en el sector cafetero colombiano.

1.6.

Objetivos

1.6.1. Objetivo general

Diseñar un secador de bajo perfil con tecnología IoT para el monitoreo y Optimización del proceso de secado del grano de café.

1.6.2. Objetivo específico

 Caracterizar las variables y parámetros de las distintas técnicas de secado de café, analizando sus ventajas y desventajas con base en información investigada, con el fin de identificar el método más eficiente para el proceso de secado.

 Diseñar un prototipo con tecnología IoT para el monitoreo electrónico de temperatura y la humedad relativa dentro de la cámara de secado.

 Desarrollar un prototipo a escala del diseño mecánico y electrónico del secador de café.

1.7.

Justificación referencias El secado del café es una etapa fundamental en el proceso de beneficio del grano, ya que influye directamente en su calidad, sabor y valor comercial. Los métodos tradicionales de secado al sol presentan limitaciones significativas debido a la variabilidad climática, la falta de control de temperatura y humedad, y el riesgo de contaminación por hongos y micotoxinas. Estas problemáticas afectan especialmente a los pequeños y medianos productores, quienes enfrentan dificultades para garantizar la uniformidad y eficiencia del secado. [9]

Este proyecto busca desarrollar un sistema automatizado de secado de café basado en tecnología IoT, que permita monitorear y controlar variables ambientales en tiempo real, optimizando el proceso de secado y mejorando la calidad del producto final. La implementación de sensores de temperatura y humedad, junto con un sistema de extracción de aire controlado, permitirá reducir la dependencia de factores climáticos y mejorar la eficiencia del secado.

Desde un enfoque tecnológico, la automatización del secado representa una innovación en el sector cafetero colombiano, proporcionando una alternativa accesible y escalable para los productores. Además, el uso de energías renovables, como paneles solares, contribuirá a la sostenibilidad del sistema, reduciendo costos operativos y minimizando el impacto ambiental.

CAPITULO 2

2. Sistemas de secado del café

2.1.

Fundamentos de procesos de transformación del café El café, al ser uno de los productos agrícolas de mayor consumo a nivel mundial [10], requiere de un proceso de transformación riguroso que abarca desde el cultivo de la semilla hasta la obtención del producto final. Este proceso inicia con la siembra, la cual debe realizarse en condiciones específicas para garantizar un desarrollo óptimo de la planta. Entre los factores más relevantes se encuentran: un ambiente adecuado para la floración, suelos fértiles y una ubicación que proporcione sombra parcial, condiciones fundamentales para una cosecha de calidad [11].

La planta de café comienza su floración aproximadamente entre los cuatro y cinco meses después de su siembra [12]. Posteriormente, los frutos atraviesan una etapa de maduración que puede tardar entre seis y ocho meses, momento en el cual los caficultores proceden a recolectarlos manualmente para continuar con el proceso de pos cosecha, específicamente la fermentación [13].

Una vez recolectado el fruto, se pueden aplicar tres métodos principales de beneficio: lavado, honey y natural, (ver Figura 2.1) cada uno con características particulares que influyen directamente en el perfil sensorial del café.

Proceso lavado: consiste en despulpar el fruto mediante una despulpadora manual, separando la pulpa del grano. El grano resultante permanece envuelto en una cáscara denominada pergamino y cubierto por una capa viscosa llamada mucílago. Este mucílago se elimina a través de un proceso enzimático, mediante la acción del agua, permitiendo obtener un café de perfil limpio, con características típicas de origen.

Proceso honey: a diferencia del método anterior, en este proceso no se retira completamente el mucílago. El grano, aún cubierto por esta capa rica en azúcares, se seca directamente, lo que le confiere un perfil más dulce y complejo.

Proceso natural: en este caso, el fruto no se despulpa, sino que se seca completo al sol. Durante este proceso, los azúcares del fruto se concentran en el grano, lo que da lugar a cafés con sabores intensos, afrutados o similares a frutos deshidratados [14].

Figura 2. 1 Proceso de secado de café. [15].

2.2.

Tipos se secadores de café.

El secado es parte fundamental del proceso de producción del café debido a que en esta etapa se disminuye el nivel de humedad del grano de un 67% que viene de la etapa de fermentación a entre 10 y 12% de humedad [16]. Una alta humedad de café puede llegar a generar sabores herbales no deseados a diferencia de una baja humedad lo que ocasiona que el café pierda peso lo cual afecta de manera económica al caficultor.

El secado de café comúnmente se realiza exponiendo los granos a la luz solar (ver Figura 2.2). Y por tanto se encuentra sujeto a muchos factores externos tales como: luminosidad, precipitaciones, temperatura ambiente, entre otros. Sumado a que, durante el proceso de secado, este producto debe estar en constante movimiento cada cierto tiempo para asegurar uniformidad y evitar la generación de hongos principalmente en los primeros días. Para esto último, los caficultores emplean rastrillos de madera que lastiman al fruto dañando las propiedades físicas ideales que debería tener el grano antes de pasar a la siguiente etapa de producción

Figura 2. 2. Secado de café. [15].

2.2.1. Marquesinas y secadores parabólicos

Las marquesinas o secadores parabólicos son estructuras diseñadas específicamente para facilitar el secado solar del café en condiciones controladas. Estas consisten en una base o piso elevado, generalmente hecho de madera o malla metálica, sobre la cual se extienden los granos de café. Lo que las caracteriza es su cubierta plástica curva o en forma de túnel (ver Figura 2.3.), la cual cumple varias funciones clave en el proceso de secado.

Figura 2. 3 Secador de café parabólico. [17].

2.2.2. Elbas o casa de elbas

Son estructuras tradicionales utilizadas en el secado del café, especialmente en fincas de pequeña y mediana producción. Consisten en camas elevadas construidas con materiales como madera, bambú o metal (ver Figura 2.2.2), sobre las cuales se coloca una malla o tejido permeable, generalmente de polipropileno, que permite el flujo de aire desde arriba y abajo.

El uso de Elbas ofrece múltiples beneficios en el proceso de secado del café:  Secado uniforme: La circulación de aire por encima y por debajo de los granos facilita un secado homogéneo, mejorando la calidad final del café.

 Prevención de contaminación: Al mantener los granos alejados del suelo, se reduce el riesgo de contaminación por hongos, bacterias o suciedad.

 Eficiencia en el secado: El flujo de aire constante acelera el proceso de secado de manera uniforme.

Figura 2. 4. Camas de secado Elba. [18].

2.2.3. Secadores mecánicos.

Utilizan fuentes de calor artificial, como electricidad o combustibles, para secar el café de manera más rápida y controlada (ver Figura 2.5). Incluyen.

 Secadores verticales o de columna: Compuestos por compartimentos donde el café desciende lentamente mientras es expuesto a corrientes de aire caliente. Son adecuados para grandes volúmenes, aunque pueden presentar desafíos en la uniformidad del secado.

 Secadores rotativos o de tambor (Guardiola): Consisten en un cilindro horizontal que gira constantemente, asegurando un secado homogéneo al mantener el café en movimiento continuo.

 Secadores de lecho fijo: Tienen una base perforada donde se coloca el café y se hace pasar aire caliente a través de los granos. Son más sencillos en diseño y operan con menores volúmenes de café.

Figura 2. 5. Máquina de secado de café. [19].

En la actualidad la automatización dentro de una marquesina radica en lograr mantener un control de la temperatura y humedad dentro de este invernadero. Para esto la implementación de un sistema con sensores y actuadores permitirán mantener un monitoreo en tiempo real de las condiciones ambientales del invernadero (ver Figura 2.6). En plantas pequeñas suelen optar por el uso de humidificadores para extraer la humedad contenida dentro de la marquesina y así mismo suelen tener pequeñas estaciones meteorológicas, tanto internas como externas, para conocer el estado actual de las variables controlables en este proceso.

Figura 2. 6. Diseño en 3D con sus bandejas, sistemas de ductos de entradas de aire, colector solar y sistema de extracción de humedad. [20].

La automatización de una marquesina de secado permite mantener las variables del proceso dentro de los rangos operativos requeridos, asegurando así la calidad del producto final. Al igual que en otros procesos automatizados, la reducción de la intervención humana contribuye a disminuir los costos operativos y garantiza mayor transparencia en cada una de las acciones realizadas.

La implementación de sistemas automatizados en marquesinas ofrece múltiples beneficios, entre los cuales se destacan:

 Monitoreo en tiempo real de las variables controlables del proceso, como la temperatura, la humedad relativa y la velocidad del flujo de aire.

 Reducción de la intervención del personal, lo que minimiza errores humanos y mejora la eficiencia operativa.

 Optimización del proceso de secado, permitiendo una deshidratación uniforme del grano de café y convirtiéndolo en un producto con estándares de calidad adecuados para la exportación.

 Reducción de pérdidas económicas, al evitar sanciones por no cumplir con los requisitos de calidad exigidos por el mercado.

 Incremento en la productividad de los cultivos, facilitando el acceso a nuevos mercados tanto a nivel nacional como internacional.

2.2.4. Transmisión remota del sistema de secado de café. La capacidad de transmitir datos de manera remota es una de las características más relevantes en los sistemas modernos de secado automatizado de café, ya que elimina la necesidad de supervisión constante por parte del operario para verificar las condiciones del proceso. Mediante tecnologías de comunicación como LoRa (Long Range), GSM (Global System for Mobile Communications) y enlaces satelitales, utilizados en la industria 4.0 (ver Figura 2.7), los sensores instalados en la marquesina o secador pueden enviar información en tiempo real o a intervalos definidos a plataformas centrales donde dichos datos pueden ser analizados.

Esta funcionalidad es particularmente útil en zonas rurales o de difícil acceso, donde la infraestructura de comunicaciones es limitada. Gracias a la transmisión remota, es posible establecer redes de monitoreo distribuidas que cubren múltiples puntos de producción sin requerir personal presente en cada uno de ellos. Esto permite llevar a cabo un seguimiento continuo del proceso de secado, optimizando la respuesta ante variaciones ambientales como aumentos inesperados de humedad o caídas de temperatura que puedan comprometer la calidad del café.

Además, esta capacidad de conexión remota facilita la integración de múltiples estaciones de secado dentro de una sola plataforma, lo que permite visualizar y comparar los datos recolectados en diferentes ubicaciones. Esto no solo mejora el control del proceso, sino que también fortalece la toma de decisiones a nivel organizacional, elevando los estándares de calidad y eficiencia en la cadena de valor del café.

Figura 2. 7. Microcontroladores Industria 4.0. [21].

2.2.5. Autonomía energética

La autonomía energética es una característica esencial en los sistemas automatizados de secado de café, especialmente cuando se implementan en zonas rurales o regiones de difícil acceso, donde la conexión a la red eléctrica puede ser limitada o inexistente. Estos sistemas suelen incorporar paneles solares o baterías de larga duración (ver Figura 2.8), lo que les permite operar de manera continua y sin interrupciones, sin depender directamente del suministro eléctrico convencional.

Esta capacidad de operar de forma independiente es clave para garantizar la estabilidad del proceso de secado, ya que variables como la temperatura, la humedad relativa y la ventilación deben mantenerse dentro de rangos óptimos para asegurar la calidad del grano. En fincas donde la infraestructura eléctrica es precaria o inexistente, los sistemas alimentados por energía solar o baterías recargables representan una solución confiable y económicamente viable.

Además, el bajo consumo energético de los sensores y controladores utilizados permite la integración de tecnologías de comunicación inalámbrica de bajo consumo, como LoRa, que pueden operar durante largos períodos sin necesidad de recargas frecuentes. Esto prolonga la vida útil del sistema, reduce los costos de mantenimiento y disminuye la necesidad de intervención humana, asegurando una operación más eficiente y sostenible a lo largo del tiempo.

Figura 2. 8. Esquema del monitoreo del voltaje e intensidad luminosa. [22].

2.2.6. Impacto y adaptabilidad

Los sistemas automatizados de secado de café están diseñados con materiales y características que les permiten adaptarse a diversas condiciones ambientales y escalas de implementación, lo cual es fundamental para garantizar un proceso eficiente y sostenible, sin importar el tamaño de la finca o la variabilidad del clima.

Por un lado, estos sistemas ofrecen una alta escalabilidad, permitiendo agregar sensores, módulos de control o estaciones adicionales según las necesidades del productor. Esta arquitectura modular facilita la expansión del sistema sin comprometer su funcionamiento, lo cual es especialmente útil en fincas que buscan aumentar progresivamente su capacidad de producción o incorporar nuevas tecnologías, como monitoreo remoto, control automático de ventilación o gestión energética solar.

Por otro lado, cuentan con una excelente adaptabilidad climática, ya que los materiales y componentes que los conforman están diseñados para operar en condiciones ambientales diversas, que van desde climas secos y calurosos hasta ambientes húmedos o lluviosos. Elementos como estructuras resistentes a la corrosión, sensores sellados contra la humedad y sistemas de ventilación optimizados aseguran que el secado del café se realice de manera uniforme y constante, sin verse afectado por las condiciones externas.

2.2.7. Estructura física y protección

Los sistemas automatizados de secado de café requieren una estructura física robusta y una protección adecuada para asegurar su funcionamiento continuo y confiable en entornos rurales o expuestos a condiciones climáticas adversas. La durabilidad de estos sistemas depende en gran medida de la calidad de los materiales empleados y del diseño de sus componentes estructurales, los cuales deben garantizar resistencia frente a la humedad, la radiación solar, el polvo y la fuerza del viento.

Uno de los elementos clave son las carcasas impermeables, diseñadas para proteger los componentes electrónicos y de control del sistema. Estas carcasas suelen estar fabricadas en aluminio anodizado, acero inoxidable o plásticos de grado industrial, materiales que proporcionan una alta resistencia a la corrosión, a los rayos ultravioleta y a la intrusión de polvo o agua. Gracias a su diseño hermético, cumplen con estándares internacionales como IP65 o superiores, permitiendo que el sistema opere de forma segura en exteriores durante todo el año.

Complementando esta protección, los sistemas deben instalarse sobre soportes y fijaciones firmes, usualmente construidos con acero galvanizado o aluminio estructural. Estas estructuras aseguran la estabilidad del sistema frente a vientos fuertes, lluvias intensas y otros factores externos que podrían comprometer su integridad física. Además, su anclaje al suelo o a bases de concreto evita desplazamientos o movimientos indeseados que podrían afectar la precisión de los sensores o el rendimiento general del sistema.

2.2.8. Durabilidad y resistencia ante condiciones extremas

Los sistemas automatizados de secado de café deben estar diseñados para operar de manera confiable en ambientes exteriores donde las condiciones climáticas pueden ser severas y cambiantes. Esto implica soportar factores como altas temperaturas durante el día, lluvias intensas, vientos fuertes, humedad prolongada, e incluso la posibilidad de impactos accidentales por animales, herramientas o vehículos en zonas de cultivo. La durabilidad del sistema depende en gran medida de los materiales empleados en su construcción, como plásticos resistentes a la intemperie, aluminio anodizado o acero inoxidable, los cuales previenen la corrosión y el deterioro estructural con el paso del tiempo.

Asimismo, los componentes electrónicos y sensores deben estar adecuadamente sellados para evitar la entrada de humedad o polvo que pueda afectar su funcionamiento. En zonas con alta actividad agrícola o donde se producen movimientos frecuentes, es crucial que los sistemas también resistan vibraciones o impactos menores, garantizando así la continuidad del proceso sin interrupciones. Contar con equipos robustos y duraderos no solo mejora la confiabilidad operativa, sino que también asegura una mayor precisión en el control de variables críticas para el secado del café, lo que se traduce en un producto final de mejor calidad y mayor valor comercial.

2.2.9. Facilidad de instalación y funcionamiento

La facilidad de instalación y mantenimiento es un aspecto fundamental en los sistemas automatizados de secado de café, especialmente en entornos rurales donde la disponibilidad de personal técnico especializado puede ser limitada. Estos sistemas deben ser diseñados para permitir una instalación rápida y sencilla, utilizando estructuras modulares y componentes de fácil ensamblaje que puedan adaptarse a diferentes tipos de marquesinas o espacios de secado sin requerir modificaciones complejas.

La instalación normalmente incluye la fijación de sensores, controladores, actuadores y sistemas de comunicación en lugares estratégicos dentro de la marquesina, asegurando una adecuada cobertura del proceso de secado. También se considera la ubicación de los paneles solares o fuentes de alimentación, así como la conexión a plataformas de monitoreo remoto.

En cuanto al mantenimiento, los sistemas modernos de secado automatizado incorporan funciones de autodiagnóstico, que permiten la detección temprana de fallas en los sensores, fallos eléctricos o problemas de comunicación. Esta funcionalidad ayuda a realizar mantenimientos preventivos de forma más eficiente, reduciendo la necesidad de inspecciones constantes por parte del operador. Además, al estar diseñados con componentes fácilmente reemplazables, se minimiza el tiempo de inactividad del sistema y se asegura una operación continua, lo cual es fundamental para mantener la calidad del grano de café durante la etapa crítica de secado.

2.2.10. Rasgos y características de los sistemas de monitoreo

Características Sistemas de Secado Tradicional (Elbas o Marquesinas Manuales) Sistemas de Secado Automatizados con IoT y Sensores Ambientales Sistemas de Análisis de Datos con Machine Learning Ventajas

- Precisión en la

medición de la humedad.

- Conexión remota en

tiempo real.

- Predicción de eventos

climáticos extremos.

- Análisis eficiente de grandes

volúmenes de datos.

- Bajo costo de

mantenimiento.

- Escalabilidad para

cubrir áreas extensas.

- Monitoreo de

múltiples variables climáticas.

- Ahorro energético

con módulos LoRa.

- Adaptación a patrones

climáticos locales.

Inconvenientes

- Limitado a la

medición de precipitación.

- Requiere

calibración regular.

- Mayor costo inicial

debido a los módulos IoT.

- Dependencia de

infraestructura de telecomunicaciones.

- Requiere alta capacidad

computacional.

- Necesita datos históricos

extensos para ser efectivo Aplicaciones

- Estudios

hidrológicos locales.

- Soporte para

alertas tempranas de inundaciones.

- Monitoreo en áreas

urbanas y rurales.

- Gestión de recursos

hídricos.

- Modelos predictivos para

planificación agrícola.

- Monitoreo de impactos del

cambio climático.

Materiales

- Sensores

mecánicos resistentes.

- Sistemas de

almacenamiento local de datos.

- Sensores de

temperatura, humedad y presión.

- Módulos LoRa o Wi-

Fi.

- Baterías

recargables y paneles solares.

- Plataformas de computación

en la nube.

- Algoritmos de inteligencia

artificial.

- Bases de datos robustas.

Tabla. 1. Listado de los rasgos y características de los Sistemas de Monitoreo Ambiental Inteligentes.

2.3.

Ecuaciones del secado optimo del café Para comprender y optimizar este proceso, es fundamental apoyarse en modelos matemáticos que describan el comportamiento de la pérdida de humedad, la transferencia de calor y la eficiencia energética del sistema. En esta sección se presentan las principales ecuaciones que permiten simular el secado óptimo del café, incluyendo el método gravimétrico, modelos cinéticos y balances de energía, con el fin de establecer criterios técnicos que orienten el diseño y control del prototipo desarrollado.

2.3.1. Método gravimétrico.

Esta técnica mide la variación de masa en el tiempo debido a la pérdida de humedad. [23] 𝐶𝐻𝑓= (1 −𝑝𝑖∗(1 −𝐶ℎ𝑖) 𝑝𝑓 ) ∗100 Ecuación 1 Método gravimétrico Donde:

 𝑝𝑖: Peso inicial del café, g.

 𝑝𝑓: Peso final, g

 𝐶𝐻𝑖: Contenido de humedad, %, b.h. (53%)

 𝐶𝐻𝑓: Contenido final de humedad estimada, %, b.h. con el método Gravimet.

2.3.2. Método de Fick (Modelo teórico) [24]

𝑤−𝑤𝑒 𝑤0 −𝑤𝑒 = ∑

8

𝜋2(2𝑛−1)2 exp⁡(−(2𝑛−1)2𝜋2𝐷𝑓𝑡𝑡 4𝐿2 ∞ 𝑛=1

)

Ecuación 2 Método Fick Donde:

 𝑤: Humedad media en el instante t (g agua / g sólidos secos)

 𝑤0: Humedad inicial (g/g)

 𝑤𝑒: Humedad de equilibrio

 𝐷𝑒𝑓: División efectiva (𝑚2/𝑠), mide que tan rápido la humedad se mueve internamente

 𝑡: Tiempo s

 𝐿: Mitad del espesor de la muestra (m)

 𝑛: Índice del sumatorio (1 a ∞)

2.3.2.1.

Método de Page (Modelo simple) Para simular la pérdida de humedad durante el secado del café, se utiliza el modelo empírico de Page, el cual describe de manera precisa el comportamiento de la humedad en función del tiempo. La ecuación se expresa como:

𝑤−𝑤𝑒 𝑤0 −𝑤𝑒 = C ∗exp⁡(−K𝑡𝑛) Ecuación 3 Método Page Donde:

 𝐶: Constante adimensional (normalmente ≈1)

 𝐾: Humedad inicial (g/g)

 𝑤𝑒: Coeficiente de velocidad de secado

 𝑛: Exponente que ajusta la forma de la curva

 𝑡: Tiempo s

2.3.3. Coeficiente de transferencia de calor por convección entre el

aire y el grano.

Brooker et al. (1992), presentan la ecuación 11 para el cálculo del coeficiente de transferencia de calor por convección en granos, el cual se utiliza en los modelos de simulación matemática de secado de la Universidad de Michigan (MSU). [25]

𝐻𝑒=𝐴𝐶𝑎𝐺𝑎( 2𝑟0𝐺𝑎 𝐶+ 𝐷𝑇)𝐵 Ecuación 4 Coeficiente de transferencia Donde:

 𝐻𝑐: coeficiente de transferencia de calor por convección, W m-2 °K-1

 𝑟0: Radio equivalente de la partícula (grano de café), m

 𝐶𝑎: Calor específico del aire, kJ kg-1 °K-1

 𝐺𝑎:⁡Flujo de aire, kg h-1 m-2

 𝑇: Temperatura del aire, °K

 A = 0,2755; B = -0,34; C = 0,06175; D = 0,000165

2.3.4. Ecuación de la parábola

El vértice de una parábola es el punto donde la parábola cruza su eje de simetría. Si el coeficiente del término x 2 es positivo, el vértice será el punto más bajo en la gráfica, el punto en la parte baja de la forma “U”. Si el coeficiente del término x 2 es negativo, el vértice será el punto más alto en la gráfica, el punto en la parte alta de la forma “U”. [26].

𝑦= 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥+ 𝑐 Ecuación 5 Vértice de una parábola Donde:

 𝑦: Es la variable dependiente, es decir, el valor que se obtiene como resultado de la ecuación, en función de 𝑥

 𝑎𝑥2: Este término es el componente cuadrático. El coeficiente 𝑎 controla la apertura y la dirección de la parábola. coeficiente de transferencia de calor por convección, W m-2 °K-1

 𝑏𝑥: Este es el término lineal. El coeficiente 𝑏 influye en la inclinación de la parábola, moviéndola hacia la izquierda o la derecha dependiendo de su valor.

 𝐶: Es el término constante, que representa la intersección de la parábola con el eje 𝑦

El vértice de la parábola, que es el punto más alto o más bajo dependiendo de si la parábola abre hacia arriba o hacia abajo, se puede calcular usando la fórmula: 𝑦= 𝑎𝑥2 Ecuación 6 Ecuación general de la parábola Donde:

 y : altura de la marquesina en función de x  x : distancia horizontal del eje central  a : parámetro que define la apertura o curvatura de la parábola

2.4.

Módulos de control

2.4.1. ESP32

El ESP32 (ver Figura 2.9) es un microcontrolador de alto rendimiento desarrollado por Espressif Systems, ampliamente utilizado en aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT). Gracias a su conectividad integrada y capacidad de procesamiento, se ha convertido en una herramienta clave para el desarrollo de sistemas automatizados en entornos industriales y agrícolas.

Este dispositivo incorpora un procesador dual-core Xtensa LX6 a 240 MHz, lo que le permite ejecutar múltiples tareas en paralelo con gran eficiencia. Su versatilidad lo convierte en una opción ideal para controlar procesos como el secado de café, donde se requiere monitoreo en tiempo real y transmisión de datos.

Características destacadas:

 Conectividad integrada Wi-Fi y Bluetooth, ideal para monitoreo remoto.  520 KB de RAM interna y soporte para almacenamiento externo, como tarjetas microSD o módulos flash.

 Gran número de pines GPIO configurables, compatibles con interfaces como ADC, PWM, I2C, SPI y UART.

 Bajo consumo energético, adecuado para sistemas alimentados por baterías o energía solar.

Figura 2. 9. ESP32-WROOM-32U. [27].

2.4.2. Arduino uno

El Arduino Uno (ver Figura 2.10) es una plataforma de desarrollo basada en el microcontrolador ATmega328P, reconocida por su simplicidad, bajo costo y amplia compatibilidad con sensores y módulos. Es ideal para proyectos de prototipado rápido y aplicaciones de automatización básica en el ámbito agrícola e industrial.

Aunque sus capacidades de procesamiento son limitadas en comparación con microcontroladores más avanzados, su facilidad de programación y robustez lo hacen útil en la etapa de desarrollo de sistemas automatizados, como los utilizados en el control del secado de café.

Características destacadas:

 Microcontrolador: ATmega328P con frecuencia de reloj de 16 MHz.  14 pines digitales de entrada/salida, de los cuales 6 soportan PWM, y 6 entradas analógicas para la lectura de sensores.

 Memoria: 32 KB de memoria flash, 2 KB de SRAM y 1 KB de EEPROM.  Compatible con protocolos de comunicación como UART, I2C y SPI.  Alimentación flexible: a través de USB o entrada de voltaje externo entre 7 y 12 V.

Figura 2. 10. Arduino uno. [28].

2.4.3. Raspberry Pi Pico

La Raspberry Pi Pico (ver Figura 2.11) es una placa de desarrollo compacta y de bajo costo, diseñada por la Raspberry Pi Foundation, que utiliza el microcontrolador RP2040, un chip de doble núcleo basado en la arquitectura ARM Cortex-M0+. Ofrece un equilibrio ideal entre eficiencia energética,

capacidad de procesamiento y flexibilidad, lo que la hace adecuada para sistemas embebidos en aplicaciones agrícolas y de automatización.

Su diseño enfocado en el bajo consumo y su compatibilidad con múltiples interfaces de comunicación la convierten en una opción viable para tareas de monitoreo y control en sistemas de secado de café, especialmente en entornos donde se requiere eficiencia energética sin sacrificar funcionalidad.

Características destacadas:

 Microcontrolador: RP2040 con doble núcleo ARM Cortex-M0+ y frecuencia de reloj de hasta 133 MHz.

 Memoria: 2 MB de memoria flash externa y 264 KB de SRAM integrada.  26 pines GPIO multifunción con soporte para ADC, UART, I2C, SPI y

PWM.

 Programable en MicroPython, C y C++, lo que facilita su adopción en entornos académicos e industriales.

 Bajo consumo energético, ideal para aplicaciones autónomas alimentadas por baterías o energía solar.

 Capacidad de temporización precisa y múltiples canales PWM, lo que permite controlar ventiladores o sistemas de calefacción en procesos de secado.

Figura 2. 11. Raspberry Pi. [29].

2.4.4. STM32FL03 (Blue Pill)

La "Blue Pill" (ver Figura 2.12) es una placa de desarrollo económica y de alto rendimiento, basada en el microcontrolador

STM32F103C8T6

de STMicroelectronics. Se ha popularizado por su excelente relación costobeneficio, su bajo consumo energético y sus capacidades de procesamiento, lo que la hace adecuada para sistemas embebidos de mayor complejidad que requieren velocidad, precisión y múltiples canales de comunicación.

Gracias a su arquitectura ARM Cortex-M3 y su compatibilidad con entornos de desarrollo profesionales como STM32CubeIDE, así como con el Arduino IDE para prototipado rápido, el Blue Pill permite implementar algoritmos de control avanzados en aplicaciones como el secado automatizado de café, donde el control en tiempo real de temperatura, humedad y flujo de aire es esencial.

Características destacadas:

 Microcontrolador: STM32F103C8T6 basado en ARM Cortex-M3 a 72 MHz.

 Memoria: 64 KB de flash y 20 KB de SRAM, suficiente para ejecutar tareas complejas en sistemas embebidos.

 Interfaces de comunicación: USB, UART, SPI, I2C y ADC de 12 bits, útiles para integrar múltiples sensores y actuadores.  Compatible con plataformas de desarrollo como STM32CubeIDE, PlatformIO y Arduino IDE.

 Dispone de temporizadores avanzados y múltiples canales PWM, ideales para el control preciso de motores, ventiladores o resistencias de calefacción.

Figura 2. 12. Blue Pill STM32 ARM Mini - STM32F103C8T6. [30].

2.4.5. Comparativa de módulos de control.

Características

ESP32

Arduino Uno Raspberr y Pi Pico

STM32F103

“Blue Pill” Microcontrolador Xtensa LX6 Dualcore @ 240 MHz ATmega 328P @

16 MHz

RP2040 Dual-core @ 133 MHz

STM32F103C8T

6 @ 72 MHz

Memoria Flash

4 MB (externa)

32 KB

2 MB

64 KB

SRAM

520 KB

2 KB

264 KB

20 KB

GPIOs

34

14

digitales / 6 analógic as

26

37

ADC

12 bits

10 bits

12 bits

12 bits

PWM

Sí

Sí

Sí

Sí Interfaces

UART, SPI, I2C,

Wi-Fi, BT

UART,

SPI, I2C

UART,

SPI, I2C

UART, SPI, I2C,

USB

Programable en Arduino IDE, MicroPython, C++ Arduino

IDE

C/C++, MicroPyth on STM32CubeIDE, Arduino IDE Consumo energético

Bajo

Moder ado

Muy bajo

Bajo

Aplicaciones típicas IoT, automatización, domótica Prototipo s, educació n

Control embebido, bajo consumo Automatización, control en RTOS Tabla. 2. Comparación de módulos de control.

2.5.

Sensores Los sensores de humedad y temperatura son esenciales para el monitoreo de las condiciones ambientales en sistemas de automatización agrícola, ya que permiten recopilar datos relevantes para la toma de decisiones en procesos como el secado de café. Estos sensores combinan tecnologías de detección capacitiva y térmica para ofrecer mediciones digitales que pueden ser fácilmente integradas con microcontroladores.

2.5.1. DHT11

El DHT11 (ver Figura 2.13) es un sensor digital de bajo costo que permite medir la temperatura y la humedad relativa del ambiente. Está diseñado para aplicaciones donde no se requiere alta precisión, pero sí una solución sencilla y confiable. Su estructura interna combina un termistor para detectar la temperatura y un sensor capacitivo para la humedad.

Características técnicas destacadas:

 Rango de temperatura: 0 a 50 °C  Precisión: ±2 °C  Rango de humedad relativa: 20% a 90% HR  Precisión: ±5% HR  Resolución: 8 bits  Frecuencia de muestreo: 1 Hz (una lectura por segundo)  Interfaz de comunicación: Digital serial de una sola línea (protocolo propietario)  Tensión de alimentación: 3.3 V a 5.5 V  Consumo energético: muy bajo en reposo, ideal para sistemas alimentados por baterías

Aplicaciones:

 Monitoreo ambiental básico  Proyectos educativos  Domótica de bajo presupuesto  Estaciones meteorológicas de bajo costo

Figura 2. 13. Temperatura y humedad DHT11. [31].

2.5.2. DHT22 (AM2302)

El DHT22, también conocido como AM2302 (ver Figura 2.14), es un sensor digital de temperatura y humedad relativa que ofrece mejor precisión y un rango de medición más amplio en comparación con su predecesor, el DHT11. Esto lo convierte en una excelente opción para aplicaciones en las que se requiere mayor exactitud en los datos ambientales, como en sistemas de automatización agrícola y monitoreo climático.

Características técnicas destacadas:  Rango de temperatura: -40 °C a +80 °C  Precisión: ±0.5 °C  Rango de humedad relativa: 0% a 100% HR  Precisión: ±2% HR  Resolución: 16 bits (mayor detalle en los datos)  Frecuencia de muestreo: 0.5 Hz (una lectura cada 2 segundos)  Interfaz de comunicación: Digital serial de una sola línea (protocolo propio)  Tensión de alimentación: 3.3 V a 6 V  Tiempo de respuesta: ≤5 segundos  Durabilidad: Aproximadamente 2 años de uso continuo

Aplicaciones comunes:

 Estaciones meteorológicas de precisión  Sistemas de monitoreo en invernaderos  Control ambiental en procesos de secado de productos agrícolas  Automatización domótica avanzada

Figura 2. 14. DHT22 (AM2302). [32].

2.5.3. AM2320

El AM2320 (ver Figura 2.15) es un sensor digital de temperatura y humedad relativa que ofrece una buena relación entre costo, precisión y compatibilidad. Fabricado por Aosong, destaca por su soporte para dos protocolos de comunicación digital: I2C y UART, lo cual le brinda gran versatilidad en su integración con diversas plataformas de desarrollo como Arduino, ESP32, STM32, entre otros.

Características técnicas destacadas:

 Rango de temperatura: -40 °C a +80 °C  Precisión: ±0.5 °C  Rango de humedad relativa: 0% a 99.9% HR  Precisión: ±3% HR  Resolución: 0.1 °C / 0.1% HR  Interfaz de comunicación: I2C (100 kHz máx.) o UART  Tiempo de respuesta: ≤2 segundos  Frecuencia de muestreo: hasta 1 Hz  Voltaje de operación: 3.1 V a 5.5 V  Consumo energético: muy bajo en estado de espera (<10 µA)

Aplicaciones comunes:

 Sistemas de control ambiental en invernaderos y laboratorios  Monitoreo de condiciones climáticas interiores y exteriores  Automatización de cultivos y procesos industriales  Estaciones meteorológicas y proyectos de IoT

Figura 2. 15. Sensor de temperatura y humedad AM2320. [33].

2.5.4. ML8511

El sensor ML8511 es un módulo diseñado (ver Figura 2.16) para detectar luz ultravioleta (UV) en el rango de longitud de onda comprendido entre 280 nm y

390 nm, cubriendo principalmente la radiación UV-A y UV-B. Este sensor

proporciona una salida de voltaje analógica proporcional a la intensidad de la radiación UV incidente, lo cual lo convierte en una solución efectiva y de bajo costo para sistemas de monitoreo ambiental.

Características destacadas:

 Tipo de salida: Analógica lineal (0 – ~1 V para niveles típicos de UV).  Rango espectral de detección: 280 – 390 nm.

 Voltaje de operación: 2.7 V – 3.6 V.

 Consumo de corriente: Bajo (típicamente ~300 µA).  Tiempo de respuesta: Rápido, ideal para aplicaciones en tiempo real.  Alta sensibilidad: Capaz de detectar niveles bajos de UV.  Formato compacto: Fácil integración en sistemas embebidos y plataformas portátiles.

Aplicaciones comunes:

 Monitoreo ambiental:

Medición del índice UV en estaciones meteorológicas o sistemas portátiles.

 Prevención en salud: Equipos para el cuidado de la piel y exposición segura al sol.

 Domótica: Sistemas de sombreado automático en viviendas inteligentes.  Agricultura de precisión: Gestión de exposición solar en cultivos sensibles a la radiación UV.

 Sistemas industriales: Control de procesos sensibles a la radiación ultravioleta.

Figura 2. 16. Sensor luz ultra violeta ML8511. [34]

2.5.5. GUVA- S12SD

El GUVA-S12SD es un sensor de luz ultravioleta (UV) (ver Figura 2.17) diseñado para detectar radiación en el rango UV-A (320–400 nm), proporcionando una salida de voltaje analógica proporcional a la intensidad de la luz UV incidente. Es ampliamente utilizado en sistemas de monitoreo ambiental debido a su bajo consumo, buena sensibilidad y facilidad de integración con microcontroladores.

Características destacadas:

 Tipo de salida: Voltaje analógico.

 Rango espectral de detección: 240 nm – 370 nm (óptimo en 320–400 nm).  Voltaje de operación: 3.0 V – 5.5 V.  Corriente de operación: ~0.5 mA.

 Respuesta rápida: Ideal para mediciones dinámicas.  Alta linealidad y estabilidad a largo plazo.

Aplicaciones comunes:

 Monitoreo ambiental:

Medición del índice UV en estaciones meteorológicas o aplicaciones móviles.  Salud y bienestar: Dispositivos para control de exposición solar y prevención de daños en la piel.

 Agricultura inteligente: Evaluación de radiación UV para el control de exposición en cultivos sensibles.

Figura 2. 17. Sensor luz ultra violeta Guva-s12sd. [34]

2.5.6. Sensor de lluvia o gotas de agua

Este Sensor permite detectar gotas de lluvia, como un sensor de lluvia (ver Figura 2.18), y seguimiento de humedad y se puede utilizar para una variedad de condiciones climáticas. Convierte en números la señal de referencia de salida output AO. La salida analógica puede ser conectada al puerto AD de un microcontrolador para detectar la intensidad de la humedad y la precipitación.

Características destacadas:

 Tipo de salida: Analógica y digital.  Tensión de operación: 3.3 V – 5 V.

 Corriente de operación: Aproximadamente 20 mA.  Salida digital con comparador integrado:

Ajustable mediante potenciómetro integrado.

 Alta sensibilidad a la presencia de agua o humedad superficial.

Aplicaciones comunes:

 Monitoreo ambiental: Detección de precipitaciones en estaciones meteorológicas.

 Automatización de invernaderos: Control de riego basado en condiciones climáticas.

 Domótica: Sistemas de protección automática para ventanas o techos corredizos.

 Sistemas IoT: Activación de alertas en aplicaciones móviles ante la detección de lluvia.

Figura 2. 18. Sensor detector de lluvia. [35]

2.6.

Módulos de comunicación.

Los módulos de comunicación son dispositivos electrónicos que permiten el intercambio de datos entre diferentes componentes de un sistema o entre sistemas remotos. En aplicaciones de monitoreo ambiental, estos módulos cumplen un papel fundamental al facilitar la transmisión de información capturada por sensores hacia plataformas de visualización o almacenamiento. Existen diversas tecnologías de comunicación, como Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee y LoRa, cada una con características específicas en cuanto a alcance, velocidad y consumo energético. En este proyecto se optó por el uso de módulos LoRa (Long Range), debido a su bajo consumo de energía y su capacidad para transmitir datos a largas distancias, lo cual resulta ideal para entornos rurales y sistemas autónomos como el monitoreo del secado de café.

2.6.1. Módulo LoRa DX-LR01

El módulo LoRa DX-LR01 (ver Figura 2.19) está diseñado para aplicaciones de comunicación inalámbrica de largo alcance y bajo consumo energético, basado en la tecnología LoRa (Long Range), desarrollada para entornos IoT (Internet de las Cosas). Este módulo permite establecer enlaces de datos robustos y eficientes incluso en entornos con interferencia o cobertura limitada, lo que lo convierte en una opción ideal para sistemas distribuidos de monitoreo y control, como los empleados en la agricultura de precisión, ciudades inteligentes y automatización industrial.

Características técnicas destacadas:

 Frecuencia de operación: 433 MHz o 868/915 MHz (dependiendo de la configuración y regulación regional).

 Alcance efectivo: Hasta 10 km en línea de vista bajo condiciones óptimas, lo cual favorece su uso en zonas rurales o de difícil acceso.  Velocidad de transmisión: Entre 0.3 kbps y 19.2 kbps, ajustable según los requerimientos de la aplicación.

 Interfaz de comunicación: UART (Universal Asynchronous Receiver- Transmitter), compatible con una amplia gama de microcontroladores y plataformas embebidas como Arduino, STM32 o ESP32.

Figura 2. 19. Módulo LoRa DX-LR01. [36].

2.6.2. Módulo Wi-Fi ESP-01

El módulo ESP-01 (ver Figura 2.20) es una solución compacta y eficiente de conectividad inalámbrica basada en el microchip ESP8266, ampliamente utilizado en aplicaciones de IoT debido a su bajo costo, bajo consumo y facilidad de integración. A pesar de su reducido tamaño, este módulo proporciona capacidades completas de conectividad Wi-Fi, lo que lo convierte en una opción popular para proyectos que requieren acceso a redes inalámbricas para la transmisión de datos hacia servidores, plataformas en la nube o aplicaciones móviles.

Características técnicas destacadas:

 Frecuencia de operación: 2.4 GHz, compatible con los estándares Wi-Fi IEEE 802.11 b/g/n.

 Alcance de comunicación: Hasta 100 metros en interiores y hasta 300 metros en condiciones óptimas de línea de vista.

 Velocidad de transmisión: Hasta 72 Mbps, permitiendo el envío de grandes volúmenes de datos en tiempo real.

 Interfaz de comunicación: UART, lo que facilita su integración con microcontroladores y tarjetas de desarrollo como Arduino o ESP32.  Protocolos de seguridad soportados: WPA y WPA2, garantizando conexiones seguras en entornos de red.

 Aplicaciones comunes: Domótica, automatización de procesos, monitoreo remoto, dispositivos conectados a la nube, y sistemas de control en tiempo real.

Figura 2. 20. Módulo WIFI Serial ESP01 ESP8266. [37].

2.6.3. Módulo Bluetooth HC-05

El módulo HC-05 (ver Figura 2.21) es un dispositivo de comunicación inalámbrica basado en la tecnología Bluetooth clásica, diseñado para establecer enlaces de datos de corto y mediano alcance entre dispositivos embebidos. Este módulo es ampliamente utilizado por su facilidad de configuración, compatibilidad con múltiples plataformas y capacidad para operar tanto en modo maestro como esclavo, lo cual lo convierte en una herramienta versátil para diversas aplicaciones de control y monitoreo.

Características técnicas destacadas:

 Versión Bluetooth: 2.0 + EDR (Enhanced Data Rate), lo que permite velocidades de transmisión más altas en comparación con versiones anteriores.

 Alcance de comunicación: Hasta 10 metros en interiores y hasta 50 metros en condiciones de línea de vista sin interferencias.  Velocidad de transmisión: Hasta 3 Mbps, adecuada para aplicaciones que requieren intercambio de datos eficiente en tiempo real.  Interfaz de comunicación: UART, lo que facilita su conexión directa con microcontroladores y tarjetas de desarrollo.

 Modos de operación: Configurable como maestro o esclavo, lo que brinda flexibilidad en la arquitectura de red.

 Aplicaciones comunes:

Sistemas embebidos con comunicación inalámbrica, control remoto de dispositivos, automatización básica, y prototipos de robótica.

Figura 2. 21. Módulo Bluetooth HC-05. [38].

2.6.4. Módulo XBee Serie 3 (ZigBee)

El módulo XBee Serie 3 (ver Figura 2.22) está basado en el protocolo ZigBee, una tecnología de comunicación inalámbrica diseñada para redes de baja potencia, bajo consumo y alta confiabilidad. Este módulo es ideal para aplicaciones donde se requiere establecer redes de malla, permitiendo la comunicación entre múltiples nodos distribuidos a lo largo de grandes distancias. Gracias a su flexibilidad y robustez, es ampliamente adoptado en entornos industriales, agrícolas y domóticos.

Características técnicas destacadas:

 Frecuencia de operación: 2.4 GHz o 868 MHz, según el modelo y la configuración regional.

 Alcance de comunicación: Hasta 120 metros en interiores y hasta 1.2 kilómetros en exteriores utilizando antenas externas y condiciones óptimas.

 Interfaces de comunicación: UART, SPI e I²C, lo cual permite una integración versátil con diferentes tipos de microcontroladores y plataformas embebidas.

 Velocidad de transmisión: Hasta 250 kbps, suficiente para el envío eficiente de datos de sensores y comandos de control.  Capacidad de red: Compatible con topologías de red punto a punto, estrella y malla, admitiendo la conexión de decenas de nodos de forma simultánea.

 Aplicaciones comunes: Domótica avanzada, redes de monitoreo industrial, agricultura inteligente, sistemas de iluminación inteligente, y soluciones IoT descentralizadas.

Figura 2. 22. Módulo XBee Serie 3 (ZigBee). [39].

2.6.5. Módulo RF NRF24L01+

El módulo NRF24L01+ (ver Figura 2.23) es un dispositivo de comunicación inalámbrica que opera en la banda ISM de 2.4 GHz, desarrollado por Nordic Semiconductor. Se caracteriza por ser una solución económica y de bajo consumo energético, ideal para aplicaciones que requieren transmisión de datos a corta y mediana distancia. Este módulo es ampliamente utilizado en sistemas embebidos gracias a su rendimiento confiable, su tamaño compacto y su capacidad para operar con múltiples dispositivos simultáneamente a través de direccionamiento por hardware.

Características técnicas destacadas:

 Frecuencia de operación: 2.4 GHz (banda ISM — Industrial, Scientific and Medical).

 Velocidad de transmisión: Configurable entre 250 kbps, 1 Mbps y hasta 2 Mbps, permitiendo adaptarse a los requerimientos de velocidad y consumo.

 Consumo energético: Muy bajo, con modos de ahorro de energía integrados, lo que lo hace ideal para dispositivos portátiles y alimentados por baterías.

 Interfaz de comunicación: SPI, lo que garantiza una transmisión rápida y eficiente de datos con microcontroladores.

 Topología de red: Soporta comunicación punto a punto y multipunto mediante direcciones únicas de canal.

 Aplicaciones comunes: Controles remotos, sistemas de adquisición de datos inalámbricos, redes de sensores, monitoreo ambiental, y sistemas IoT de corto a mediano alcance.

Figura 2. 23. Transceptor inalámbrico NRF24L01 (2.4GHz). [40].

2.7.

Sistemas de solares de alimentación Los sistemas solares de alimentación son una solución eficiente y sostenible para suministrar energía eléctrica en aplicaciones remotas o donde se busca reducir la dependencia de fuentes convencionales. Estos sistemas están compuestos principalmente por paneles fotovoltaicos, que convierten la radiación solar en energía eléctrica, un controlador de carga que regula la entrega de energía a las baterías, acumuladores que almacenan la energía generada, y un inversor en caso de que se requiera convertir la energía de corriente continua (DC) a corriente alterna (AC). En el contexto de proyectos de monitoreo ambiental como el del secado de café, los sistemas solares permiten la operación continua y autónoma de sensores y módulos de comunicación, incluso en zonas rurales con acceso limitado a la red eléctrica. Además, su implementación contribuye a la reducción de emisiones de carbono, alineándose con los principios de sostenibilidad y eficiencia energética en la agricultura moderna.

2.7.1. Controlador de carga HX-2-JH20-V1

El controlador de carga HX-2-JH20-V1 (ver Figura 2.24) es un dispositivo electrónico diseñado para gestionar de forma eficiente el proceso de carga y descarga en baterías recargables, comúnmente utilizadas en sistemas de energía solar. Este controlador destaca por su eficiencia operativa y sus funciones integradas de protección, lo cual lo convierte en una opción confiable para aplicaciones portátiles y de bajo consumo energético.

Características técnicas principales:

 Voltaje soportado: Configurable para sistemas de bajo voltaje, lo que lo hace compatible con baterías de litio y otras tecnologías recargables.  Capacidad de corriente: Hasta 20 amperios (20A), lo que permite manejar cargas moderadas sin comprometer la seguridad del sistema.

Funciones de protección integradas:

 Protección contra sobredescarga, lo que prolonga la vida útil de la batería.

 Protección contra cortocircuitos, mejorando la seguridad del sistema frente a fallos eléctricos.

Diseño compacto:

 Su estructura liviana y reducida permite una fácil integración en aplicaciones móviles o de espacio limitado.

Aplicaciones típicas:

 Sistemas de gestión de carga en paneles solares portátiles o fijos.  Control de baterías de litio en bicicletas eléctricas, scooters o herramientas autónomas.

 Soluciones autónomas de iluminación LED para zonas rurales o fuera de la red eléctrica.

 Dispositivos IoT con alimentación solar, que requieren autonomía energética prolongada.

Figura 2. 24. Controlador de Carga HX-2-JH20-V1. [41].

2.7.2. Controlador de Carga PWM LS1024B

El controlador de carga LS1024B (ver Figura 2.25) es un dispositivo que emplea tecnología PWM (Modulación por Ancho de Pulso) para regular el proceso de carga de baterías en sistemas solares. Este tipo de controlador se caracteriza por su bajo costo, simplicidad y fiabilidad, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde no es necesaria la tecnología MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia).

Características técnicas principales:

 Voltaje soportado: Compatible con sistemas de baterías de 6V, 12V y 24V, con ajuste automático según la configuración del banco de baterías.  Corriente máxima de carga: Hasta 10 amperios (10A), adecuada para instalaciones solares de pequeña y mediana escala.  Tipo de control: PWM, ideal para proyectos donde se prioriza la eficiencia a bajo costo, sin requerir tecnologías más complejas como MPPT.

Funciones de protección integradas:

 Protección contra polaridad inversa, evitando daños por conexiones incorrectas.

 Protección contra sobrecarga y sobredescarga, prolongando la vida útil de la batería.

 Protección contra cortocircuitos, garantizando la seguridad del sistema.

Aplicaciones típicas:

 Sistemas solares básicos para viviendas rurales, instalaciones autónomas o proyectos de bajo consumo.

 Iluminación LED alimentada por baterías, común en zonas sin acceso a la red eléctrica.

 Dispositivos electrónicos de consumo en contextos rurales o aislados, donde se requiere una fuente de energía económica y confiable.

Figura 2. 25. Controlador de Carga PWM LS1024B. [42].

2.7.3. Controlador EPEVER Tracer 1210AN

El controlador EPEVER Tracer 1210AN (ver Figura 2.26) es un dispositivo de alto rendimiento que utiliza tecnología MPPT (Maximum Power Point Tracking) para maximizar la eficiencia en la captación y conversión de energía solar. A diferencia de los controladores PWM, el MPPT permite un seguimiento dinámico del punto de máxima potencia del panel solar, lo que se traduce en un mejor aprovechamiento energético, especialmente en condiciones de radiación solar variables.

Características técnicas principales:

 Voltaje soportado: Configurable para sistemas de 12V y 24V, con posibilidad de adaptarse a otras configuraciones mediante parámetros avanzados.

 Corriente máxima de carga: Hasta 10 amperios (10A), apto para aplicaciones de baja y mediana escala.

 Tecnología MPPT: Permite mejorar la eficiencia del sistema hasta en un 30% respecto a controladores PWM, optimizando la carga según las condiciones ambientales y eléctricas del panel.

Funciones de protección integradas:

 Protección contra sobrecarga y sobredescarga, preservando la integridad del sistema de almacenamiento.

 Protección contra alta temperatura, mediante monitoreo térmico interno.  Protección contra polaridad inversa, evitando fallos por errores de conexión.

 Interfaces de monitoreo: Dispone de conectividad con software especializado que permite realizar seguimiento en tiempo real de variables como voltaje, corriente, estado de carga y eficiencia del sistema.

Aplicaciones típicas:

 Sistemas solares avanzados con almacenamiento energético en baterías de ciclo profundo.

 Infraestructura IoT autónoma alimentada por energía solar, como estaciones meteorológicas o nodos de monitoreo ambiental.  Sistemas híbridos que combinan paneles solares con otras fuentes de energía renovable, optimizando el uso de recursos según la disponibilidad.

Figura 2. 26. Controlador de carga MPPT EPEVER Tracer 1210AN. [43].

2.7.4. Panel Solar Monocristalino 9V 3W

El panel solar monocristalino (ver Figura 2.27) es una solución energética compacta y eficiente, diseñada para alimentar dispositivos de baja potencia en aplicaciones portátiles o sistemas autónomos. Los paneles de silicio monocristalino son reconocidos por ofrecer un alto rendimiento energético en espacios reducidos, además de presentar una excelente durabilidad frente a condiciones ambientales adversas.

Características técnicas principales:

 Voltaje de salida: 9V, con corriente de salida variable en función de la irradiación solar.

 Potencia máxima: 3 vatios (3W), adecuada para sistemas de bajo consumo energético.

 Material: Fabricado con silicio monocristalino, el cual proporciona una mayor eficiencia en conversión fotovoltaica en comparación con tecnologías policristalinas o amorfas.

 Eficiencia: Alto rendimiento incluso en condiciones de baja irradiación solar, lo que lo hace útil en climas nublados o durante horarios de baja incidencia solar.

 Dimensiones aproximadas: 150 x 120 mm, facilitando su integración en dispositivos portátiles o estructuras compactas.

 Durabilidad: Vida útil estimada de hasta 25 años, con bajo mantenimiento.

Aplicaciones típicas:

 Cargadores solares portátiles para baterías, teléfonos móviles y dispositivos electrónicos pequeños.

 Sistemas IoT alimentados por energía solar, especialmente en ubicaciones remotas donde no hay acceso a la red eléctrica.  Sistemas de sensores autónomos de bajo consumo, como estaciones ambientales, medidores de humedad o monitoreo agrícola.

Figura 2. 27. Panel Solar Monocristalino. [44]

2.7.5. Panel solar policristalino 9V 5W

El panel solar policristalino (ver Figura 2.28) 9V y 5W representa una alternativa económica y funcional para sistemas de energía solar de pequeña escala. Si bien su eficiencia de conversión es ligeramente inferior a la de los paneles monocristalinos, sigue siendo una opción confiable para proyectos con presupuestos limitados que no requieren altos niveles de densidad energética.

Características técnicas principales:

 Voltaje de salida: 9V, adecuado para carga de baterías pequeñas y dispositivos electrónicos.

 Potencia máxima: 5W, con capacidad para alimentar sistemas de baja demanda energética.

 Material: Fabricado con silicio policristalino, reconocido por su buena relación costo-beneficio.

 Eficiencia de conversión: Entre 13% y 16%, óptima en condiciones de alta irradiación solar.

 Rendimiento: Menor eficiencia en condiciones de baja luz comparado con paneles monocristalinos, pero con buen desempeño bajo exposición directa.

 Dimensiones aproximadas: 180 x 120 mm, según especificaciones del fabricante.

 Durabilidad: Vida útil estimada de hasta 20 años, con mantenimiento básico periódico.

Aplicaciones típicas:

 Sistemas de carga de baterías para dispositivos electrónicos pequeños o portátiles.

 Estaciones meteorológicas autónomas, sistemas de monitoreo ambiental y otros dispositivos IoT.

 Aplicaciones residenciales básicas, como iluminación solar en exteriores o soporte energético para electrodomésticos de bajo consumo.

Figura 2. 28. Panel Solar Poli cristalino 9V 5W. [44].

2.7.6. Panel solar flexible 9V 10W

El panel solar flexible de 9V y 10W (ver Figura 2.29) representa una solución versátil e innovadora en sistemas fotovoltaicos, especialmente diseñada para aplicaciones donde se requiere adaptabilidad, bajo peso y facilidad de instalación sobre superficies curvas o móviles. Gracias a su tecnología basada en celdas solares de silicio amorfo o materiales flexibles, este tipo de panel permite una integración eficiente en estructuras no convencionales.

Características técnicas principales:

 Voltaje de salida: 9V, adecuado para carga directa de dispositivos de bajo consumo.

 Potencia máxima: 10W, con capacidad para alimentar pequeños sistemas autónomos.

 Material fotovoltaico: Celdas de silicio amorfo o tecnologías flexibles, que permiten una alta adaptabilidad física.

 Eficiencia de conversión: Entre 10% y 12%, menor que la de paneles rígidos, pero adecuada para su rango de aplicación.  Rendimiento: Óptimo en contextos donde la flexibilidad, ligereza y resistencia mecánica son más importantes que la eficiencia energética.  Dimensiones aproximadas: 350 x 230 mm, aunque pueden variar según el modelo y fabricante.

 Durabilidad: Vida útil estimada de 15 a 20 años, dependiendo de factores como la exposición solar directa, humedad, y uso intensivo en exteriores.

Aplicaciones típicas:

 Cargadores solares flexibles para teléfonos, cámaras, radios y otros dispositivos electrónicos portátiles.

 Instalación en vehículos móviles, tales como caravanas, embarcaciones, bicicletas eléctricas y sistemas de energía auxiliar para automóviles.  Integración en textiles o estructuras móviles, como mochilas solares o toldos desplegables con capacidad de generación energética.

Figura 2. 29. Panel Solar Flexible 9V 10W. [38].

2.8.

Herramientas de Diseño CAD Las herramientas de diseño CAD (Computer-Aided Design) son fundamentales en el desarrollo de prototipos mecatrónicos, ya que permiten la creación precisa de modelos tridimensionales y planos técnicos de los componentes físicos del sistema. Estas plataformas facilitan la visualización, simulación y validación del diseño antes de su fabricación, lo que reduce costos y errores en etapas posteriores. En el presente proyecto se hizo uso de software CAD como Autodesk Fusion 360, SolidWorks o similares, para modelar la carcasa del sistema de monitoreo, alojamientos para sensores, y estructuras de soporte, considerando criterios como ergonomía, ventilación, facilidad de ensamblaje y resistencia mecánica.

2.8.1. SolidWorks (Diseño 3D Paramétrico)

SolidWorks (ver Figura 2.30) es un software CAD (Diseño Asistido por Computador) de alto rendimiento, ampliamente utilizado en ingeniería mecánica para el diseño de modelos tridimensionales, tanto de piezas individuales como de ensamblajes complejos. Su entorno de trabajo paramétrico permite definir relaciones geométricas y dimensiones que facilitan modificaciones rápidas y precisas durante el desarrollo del producto.

Características técnicas destacadas:

 Modelado 3D paramétrico: Permite crear piezas y conjuntos con parámetros y restricciones que garantizan la coherencia dimensional y funcional del diseño.

 Simulación integrada: Dispone de herramientas para análisis estructural, térmico, de fatiga y flujo, facilitando la validación del diseño antes de su fabricación.

 Gestión de ensamblajes: Permite integrar múltiples componentes con relaciones mecánicas, simulando su comportamiento real en condiciones operativas.

 Herramientas complementarias: Incluye generación automática de planos 2D, creación de animaciones de movimiento, y análisis de colisiones o interferencias.

Aplicaciones principales:

 Diseño y desarrollo de productos mecánicos como herramientas, partes automotrices, dispositivos electrónicos y maquinaria industrial.  Modelado de ensamblajes complejos en proyectos multidisciplinarios.  Soporte para prototipado rápido mediante exportación directa a formatos de impresión 3D o mecanizado CNC.

Figura 2. 30. Diseño 3D en SolidWorks. [45].

2.8.2. AutoCAD (3D)

AutoCAD (ver Figura 2.31) es una herramienta ampliamente reconocida en los sectores de la arquitectura, la ingeniería y el diseño industrial. Aunque tradicionalmente se ha utilizado para diseño en 2D, también cuenta con potentes capacidades de modelado tridimensional, lo que lo convierte en una opción versátil para una gran variedad de proyectos técnicos.

Características técnicas destacadas:

 Modelado 3D sólido y de superficies: Permite crear geometrías tridimensionales precisas mediante sólidos, mallas y superficies, adecuadas para representar tanto objetos arquitectónicos como componentes mecánicos.

 Visualización 3D avanzada: Incorpora funciones para generar vistas interactivas, recorridos virtuales y análisis visuales, facilitando la revisión del diseño desde múltiples perspectivas.

 Compatibilidad e integración: Ofrece soporte para una amplia gama de formatos estándar (como .STEP, .IGES, .STL y .DWG), lo cual permite la interoperabilidad con otros programas CAD y herramientas de simulación.

Aplicaciones principales:

 Desarrollo de planos y modelos tridimensionales en arquitectura e interiorismo.

 Modelado de estructuras industriales y mecánicas, incluyendo piezas, soportes y sistemas constructivos.

 Proyectos de ingeniería civil, eléctrica y mecánica que requieran documentación técnica detallada y representación espacial.

Figura 2. 31. Herramienta AutoCAD 3D. [46].

2.8.3. Blender (3D)

Blender (ver Figura 2.32) es una herramienta de diseño y creación 3D de código abierto, ampliamente utilizada en las industrias del cine, videojuegos, visualización arquitectónica y arte digital. Su versatilidad y potencia lo convierten en una solución integral para el modelado, animación, renderizado y postproducción de contenido tridimensional.

Características técnicas destacadas:

 Modelado 3D libre: Ideal para diseño orgánico y artístico, Blender permite la creación de formas complejas con herramientas de modelado poligonal, spline y superficies.

 Esculpido digital: Incorpora herramientas avanzadas de esculpido que permiten trabajar las geometrías como si fueran arcilla digital, lo cual es fundamental para la creación de personajes y objetos detallados.  Renderizado profesional: Incluye motores de renderizado integrados como Cycles (basado en trazado de rayos) y Eevee (en tiempo real), que

permiten generar imágenes realistas o estilizadas según el objetivo del proyecto.

 Animación 3D: Blender dispone de un completo sistema de animación por fotogramas clave, cinemática inversa, rigging, efectos visuales (VFX) y simulaciones físicas, permitiendo animar desde objetos simples hasta personajes complejos.

Aplicaciones principales:

 Producción de animación 3D cinematográfica y publicitaria.  Creación de modelos 3D para videojuegos y entornos virtuales interactivos.

 Desarrollo de visualizaciones arquitectónicas y de productos, aportando realismo y dinamismo a presentaciones técnicas.

Figura 2. 32. Herramienta Blender (3D). [47].

2.8.4. Fusión 360 (3D)

Fusion 360, (ver Figura 2.33) desarrollado por Autodesk, es una plataforma de diseño CAD integral que combina modelado tridimensional, simulación, ingeniería y manufactura en una única solución basada en la nube. Es ampliamente utilizada en ingeniería mecánica, diseño industrial y prototipado funcional gracias a su enfoque colaborativo y su compatibilidad con flujos de trabajo de fabricación digital.

Características técnicas destacadas:

 Modelado 3D paramétrico, directo y de superficies: Permite trabajar con geometrías sólidas y superficies complejas, facilitando la creación de piezas detalladas y componentes curvos o irregulares.  Simulación de esfuerzos y movimientos: Ofrece herramientas para análisis de tensión, deformación, fatiga, y simulación de ensamblajes en movimiento, lo que permite validar diseños antes de su fabricación.  Entorno colaborativo en la nube: Los proyectos se almacenan en la nube, lo que facilita el trabajo en tiempo real entre diferentes usuarios y permite el control de versiones y comentarios técnicos.

 Fabricación integrada: Fusion 360 incluye módulos para CAM (Manufactura Asistida por Computador), lo que permite generar trayectorias de herramientas, configurar procesos de CNC, e incluso exportar modelos para impresión 3D.

Aplicaciones principales:

 Diseño de piezas funcionales para impresión 3D y manufactura CNC.  Desarrollo de productos en ingeniería mecánica y dispositivos electrónicos.

 Creación de ensamblajes mecánicos y prototipos digitales para validación funcional.

Figura 2. 33. Herramienta de diseño Fusion 360. [46].

2.9.

Herramientas para el diseño electrónico El diseño electrónico comprende una serie de procesos fundamentales que van desde la creación de esquemáticos hasta la simulación y la fabricación de circuitos impresos (PCB). Para ello, se requieren herramientas especializadas que permitan validar el comportamiento eléctrico del sistema, optimizar el diseño, reducir errores y anticipar el rendimiento del hardware antes de su implementación física. Estas herramientas son esenciales en el desarrollo de sistemas embebidos, dispositivos electrónicos y soluciones IoT.

2.9.1. Proteus 8 Profesional

Proteus 8 Professional (ver Figura 2.34) es una plataforma integral que combina la simulación de circuitos electrónicos con el diseño de placas de circuito impreso (PCB). Es ampliamente utilizada en el ámbito académico e industrial para el desarrollo de sistemas embebidos, ya que permite simular la interacción entre hardware y software en tiempo real.

Características técnicas destacadas:

 Simulación electrónica avanzada: Permite la modelación de circuitos analógicos y digitales mediante modelos matemáticos precisos que simulan el comportamiento real de los componentes.  Co-simulación con microcontroladores: Soporta múltiples arquitecturas (PIC, AVR, ARM, Arduino, ESP32, entre otros), permitiendo cargar código

en formatos HEX o BIN para simular el funcionamiento del firmware en tiempo real.

 Instrumentación virtual integrada: Incluye osciloscopios, multímetros, generadores de señales y analizadores lógicos para monitorear y evaluar señales dentro del entorno simulado.

 Diseño de PCB: Ofrece herramientas para el enrutamiento automático y manual de pistas, definición de reglas eléctricas, manejo de capas y generación de archivos Gerber listos para la fabricación industrial.

Aplicaciones principales:

 Simulación de proyectos IoT: Permite validar esquemáticos complejos con sensores, módulos de comunicación (LoRa, Wi-Fi, Bluetooth) y microcontroladores antes del montaje físico.

 Validación de algoritmos embebidos: Facilita la depuración y verificación del código en un entorno controlado sin necesidad de hardware físico.  Uso educativo: Ideal para prácticas en laboratorios de electrónica digital, sistemas embebidos y diseño electrónico, fomentando el aprendizaje basado en simulación.

Figura 2. 34. Herramienta de diseño de circuitos proteus. [48].

2.9.2. KiCad

KiCad (ver Figura 2.35) es una suite de diseño electrónico de código abierto que permite la creación de esquemas eléctricos y placas de circuito impreso (PCB). A pesar de ser gratuita, KiCad cuenta con funcionalidades avanzadas que la posicionan como una opción competitiva tanto para el ámbito académico como profesional. Su naturaleza de código abierto la convierte en una herramienta altamente personalizable y en constante evolución gracias al respaldo de una comunidad activa de desarrolladores.

Características técnicas destacadas:

 Diseño esquemático de alto nivel: Permite trabajar con proyectos complejos mediante la organización en múltiples hojas, lo cual facilita la estructuración modular del diseño electrónico.

 Diseño de PCB multicapa: Soporta hasta 32 capas de señal, así como pistas de alta densidad y reglas de diseño personalizadas, lo que lo hace ideal para desarrollos exigentes en electrónica digital y analógica.  Visualización 3D integrada: Incluye una herramienta de vista tridimensional que permite validar el ensamblaje físico de la placa y detectar errores mecánicos antes de la fabricación. Además, admite la exportación de archivos STEP para integración en software de diseño mecánico como SolidWorks o Fusion 360.

 Automatización mediante scripts: KiCad ofrece soporte para Python, lo que permite automatizar tareas repetitivas, crear herramientas personalizadas y agilizar flujos de trabajo avanzados.

Aplicaciones principales:

 Diseño de circuitos electrónicos profesionales.

 Desarrollo de prototipos en sistemas embebidos e IoT.  Proyectos académicos y de investigación que requieren herramientas accesibles y potentes.

 Exportación de proyectos a manufactura mediante archivos Gerber y BOM automáticos.

Figura 2. 35. Herramienta para edición de circuitos impresos. [49].

2.9.3. Autodesk Eagle

Eagle (ver Figura 2.36) es una herramienta de diseño electrónico ampliamente utilizada por desarrolladores independientes, startups y pequeñas empresas gracias a su interfaz intuitiva, bajo costo y sólida integración con otras plataformas de diseño de Autodesk. Su facilidad de uso no compromete su funcionalidad, lo que lo convierte en una opción versátil tanto para proyectos simples como complejos.

Características técnicas destacadas:

 Bibliotecas de componentes actualizadas: Ofrece acceso a una amplia base de datos con componentes electrónicos de fabricantes reconocidos, lo que facilita la selección de elementos reales para la fabricación.

 Diseño sincronizado entre esquemático y PCB: Permite mantener la consistencia entre el diagrama esquemático y el diseño de la placa. Cualquier cambio realizado en una vista se refleja automáticamente en la otra, minimizando errores.

 Capacidades de enrutamiento eficientes: Incluye herramientas de enrutamiento automático con algoritmos optimizados que buscan trazos cortos y minimizan interferencias eléctricas, mejorando la calidad del diseño final.

 Integración con Fusion 360: Permite una conexión directa con Autodesk Fusion 360, facilitando la creación de prototipos integrados entre electrónica y mecánica. Esta funcionalidad es especialmente útil para proyectos que requieren modelado 3D del producto final.

Aplicaciones principales:

 Prototipado rápido de circuitos impresos.

 Diseño de sistemas embebidos para productos comerciales.  Integración de electrónica en productos mecánicos.  Desarrollo de dispositivos IoT, wearables y soluciones portátiles.

Figura 2. 36. Circuito ordenado y en rutado con herramienta Eagle. [50].

2.10. Manufactura adictiva

La manufactura aditiva, comúnmente conocida como impresión 3D, es una tecnología de fabricación avanzada que consiste en la creación de objetos tridimensionales mediante la deposición sucesiva de material capa por capa. Este proceso se basa en un modelo digital previamente diseñado en un software de CAD (Diseño Asistido por Computadora), el cual define con precisión las dimensiones, geometría y características del objeto final.

Esta tecnología ha revolucionado múltiples industrias gracias a su versatilidad, eficiencia y capacidad de personalización, permitiendo la fabricación de prototipos, piezas funcionales y geometrías complejas que resultan inviables mediante técnicas tradicionales. Además, se destaca por su enfoque sostenible al minimizar el desperdicio de material y permitir una producción bajo demanda.

2.10.1.

FDM (Fused Deposition Modeling) La tecnología FDM (Modelado por Deposición Fundida) es una de las más utilizadas en el ámbito educativo, industrial y de prototipado rápido. Utiliza filamentos termoplásticos que son fundidos en un extrusor y depositados capa a capa sobre una base de impresión. Una vez depositado, el material se solidifica rápidamente, formando la estructura tridimensional deseada (ver Figura 2.37).

Características técnicas:

 Resolución de impresión: Entre 100 y 300 micras, dependiendo del tipo de impresora y calidad del filamento.

 Velocidad de impresión: Moderada, ideal para la fabricación de prototipos rápidos y piezas de uso general.

 Compatibilidad de materiales: Admite una amplia gama de polímeros, incluyendo PLA, ABS, PETG, TPU y Nylon.

 Costo operativo: Bajo en comparación con otras tecnologías, lo que la convierte en una opción accesible para múltiples aplicaciones.

Aplicaciones comunes:

 Prototipado funcional: Evaluación de diseño, forma y ensamblaje de productos antes de su fabricación final.

 Modelos educativos y didácticos:

Creación de piezas para demostraciones prácticas en entornos académicos.

 Piezas decorativas y personalizadas: Producción de objetos únicos o de bajo volumen para usos específicos.

Figura 2. 37. Impresión FDM. [51].

2.10.2. SLA (Stereolithography).

La tecnología SLA (Estereolitografía) emplea un láser ultravioleta (UV) para curar una resina líquida fotosensible, solidificándola capa por capa a partir de un modelo digital. Este proceso permite obtener piezas con un nivel de detalle, precisión y acabado superficial muy superior al de otras tecnologías de impresión 3D (ver Figura 2.38).

Características técnicas:

 Resolución de impresión: Hasta 25 micras, lo que la convierte en una de las tecnologías más precisas del mercado.

 Velocidad de impresión: Relativamente lenta, ya que cada capa debe ser curada cuidadosamente con luz UV.

 Materiales compatibles: Amplia variedad de resinas fotosensibles, incluyendo versiones rígidas, flexibles, biocompatibles y resistentes al calor.

 Postprocesado requerido: Las piezas deben ser lavadas en alcohol isopropílico y curadas en cámara UV para alcanzar sus propiedades mecánicas finales Aplicaciones comunes:

 Prótesis dentales y ortodoncia personalizada: Gracias a su alta precisión dimensional.

 Modelos anatómicos y médicos: Para planificación quirúrgica o simulaciones.

 Joyería de alta precisión: Fabricación de moldes maestros y modelos detallados para fundición.

 Prototipado estético: Piezas con acabados suaves y aspecto final de producto.

Figura 2. 38. SLA (Estereolitografía). [52]

2.10.3.

SLS (Selective Laser Sintering) La tecnología SLS (Sinterizado Selectivo por Láser) emplea un láser de alta potencia para sinterizar (fusionar térmicamente) partículas de polvo termoplástico, formando capas sólidas que conforman la pieza final. A diferencia de otros métodos, no requiere estructuras de soporte, ya que el polvo no sinterizado actúa como soporte natural durante el proceso de impresión (ver Figura 2.39).

Características técnicas:

 Resolución de impresión: Entre 50 y 200 micras, adecuada para fabricar piezas mecánicas complejas con geometrías intrincadas.  Velocidad de producción: Alta, especialmente eficiente para producir múltiples piezas pequeñas en una sola corrida.

 Materiales compatibles: Amplia variedad de polímeros técnicos, como Nylon (PA12, PA11), plásticos de alto rendimiento, y versiones modificadas con vidrio o fibra de carbono. También existen variantes industriales con aleaciones metálicas.

 Postprocesado: Incluye enfriamiento gradual, eliminación del polvo no sinterizado y en algunos casos, acabados superficiales mediante arenado o coloración.

Aplicaciones comunes:

 Fabricación de piezas funcionales para prototipado y uso final.  Componentes estructurales en la industria automotriz y aeroespacial.  Dispositivos personalizados de alto rendimiento, como carcasas, soportes, y conectores.

 Producción en lotes pequeños sin necesidad de moldes.

Figura 2. 39. Impresión SLS (Sinterizado Selectivo por Láser). [53].

2.10.4.

Filamentos para Impresión 3D (FDM) En la tecnología FDM (Modelado por Deposición Fundida), los filamentos constituyen el material base que se funde y deposita capa por capa para formar objetos tridimensionales (ver Figura 2.40). Existen diversos tipos de filamentos, cada uno con propiedades mecánicas, térmicas y químicas particulares, lo que los hace adecuados para diferentes usos y entornos operativos.

Estos materiales se presentan comúnmente en forma de hilos termoplásticos enrollados en bobinas, y su elección depende de factores como la resistencia mecánica requerida, temperatura de trabajo, flexibilidad, y exposición a agentes químicos o ambientales.

Clasificación y propiedades generales (ver Figura 2.11.4):

 PLA (Ácido Poliláctico): Biodegradable, fácil de imprimir y con buena rigidez. Ideal para prototipos visuales y piezas no sometidas a esfuerzos mecánicos.

 ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno): Alta resistencia al impacto y a temperaturas elevadas. Requiere cama caliente y ventilación adecuada.  PETG (Tereftalato de Polietileno Glicolizado): Combina la facilidad de impresión del PLA con la resistencia del ABS. Buena resistencia química y a la humedad.

 TPU (Poliuretano Termoplástico): Filamento flexible y elástico, ideal para piezas que requieran deformación sin fractura.

 Nylon (Poliamida): Alta tenacidad, resistencia al desgaste y buena estabilidad térmica. Adecuado para piezas mecánicas funcionales.  Filamentos compuestos: Incluyen fibras de carbono, madera, metales o cerámicas, que ofrecen mejoras en rigidez, estética o propiedades técnicas específicas.

Figura 2. 40. Ejemplo de tipos de filamentos disponibles: a) elastómero termoplástico; b) ácido poliláctico con grafeno; c) PLA; d) PVA; e) policarbonato. [54].

2.10.5.

Aplicaciones de la Manufactura Aditiva La manufactura aditiva ha ampliado sus aplicaciones más allá del prototipado, consolidándose como una herramienta clave en procesos productivos y personalizados. A continuación, se detallan algunas de sus principales aplicaciones:

Prototipado Rápido  Descripción: Facilita la validación temprana de diseños al permitir la fabricación de modelos físicos funcionales o visuales en poco tiempo. Esto agiliza los ciclos de desarrollo, reduce errores de diseño y disminuye los costos asociados al rediseño.

 Ejemplo: Desarrollo de una carcasa para un dispositivo electrónico, cuya ergonomía, tamaño y ensamblaje deben verificarse antes de su producción en serie.

Fabricación Personalizada

 Descripción: Permite la producción de piezas únicas o series limitadas adaptadas a necesidades específicas.

Esta capacidad reduce significativamente los costos y tiempos asociados a moldes o configuraciones especiales de maquinaria.

 Ejemplo: Diseño y fabricación de prótesis médicas totalmente adaptadas a las dimensiones y anatomía del paciente, mejorando la comodidad y funcionalidad del producto final.

CAPITULO 3

3. Prototipo de adquisición de datos ambientales para el monitoreo de

condiciones de secado de café

3.1.

Antecedentes En varios estudios e iniciativas, se ha evidenciado la necesidad de integrar tecnologías de monitoreo ambiental en estos sistemas, permitiendo medir variables como temperatura, humedad relativa y flujo de aire. Esto ha impulsado el desarrollo de prototipos con sensores, sistemas de adquisición de datos y comunicación remota, con el fin de automatizar y optimizar el proceso. La incorporación de estas tecnologías no solo mejora la calidad del producto final, sino que también proporciona a las caficultoras herramientas para la toma de decisiones basada en datos.

Tradicionalmente para que reduzca la humedad hasta un nivel del 12,5%, el café se seca bien sea al sol en una secadora mecánica, marquesina o llamada eldas (ver Figura 3.1). Donde utiliza el secado al sol y debe hacerse en superficies grandes y lisas de ladrillo o cemento llamadas patios. Se extienden los granos en capas de dos a diez centímetros y se les da vuelta a menudo para conseguir un secado uniforme, el cual debe mantenerse de cinco a diez días según estén la temperatura y la humedad del ambiente. Los atributos de sabor de los cafés lavados son de cuerpo más ligero, tazas más limpias, sabores más frutales y florales y de una acidez más brillante e intensa. [55].

Figura 3. 1. Secado tradicional de café en Elda. [56].

3.2.

Secadora marquesina para el secado de café El secado es trascendental en la comercialización del café, pues para acceder a los mejores niveles de precio, el porcentaje de humedad del grano debe estar máximo entre 10% y 12%, explicó el secretario de Agricultura de Manizales, Carloman Londoño Llano. Con estas marquesinas, (ver Figura 3.2). Los caficultores cuentan entonces con una infraestructura práctica y moderna que permita el secado del café en altura, en condiciones de higiene y aseo, además

de ayudar a darle continuidad a este proceso en cualquier situación climática. [57]

Figura 3. 2. Secado café marquesina. [57].

3.3.

Secadora de café tipo marquesina con energía fotovoltaica Funcionamiento: Este prototipo combina una marquesina tipo invernadero con un sistema de energía solar fotovoltaica. La energía generada se utiliza para alimentar resistencias eléctricas que mantienen una temperatura constante dentro de la marquesina, asegurando un secado uniforme del café. Además, cuenta con un sistema de control y supervisión que permite ejecutar secados manuales, semiautomáticos y ecológicos (ver Figura 3.3).

Características:

 Estructura de marquesina cerrada tipo invernadero.  Sistema de calefacción mediante resistencias eléctricas alimentadas por energía solar.

 Control de temperatura y humedad para un secado uniforme.  Capacidad para operar en modos manual, semiautomático y ecológico.

Figura 3. 3. Vista trimétrico diseño secadora. [58].

3.4.

Descripción de la curvatura parabólica de los secadores La curvatura en los secadores parabólicos tipo marquesina no es meramente estética; responde a razones funcionales, térmicas y estructurales que mejoran significativamente el desempeño del secado. Su diseño se basa en una forma parabólica invertida, similar a un túnel arqueado cubierto con materiales translúcidos (como policarbonato o polietileno), y así mismo permite el aprovechamiento de la radiación solar mediante este sistema parabólico, ya que es un método sostenible ya que aquí se define la conservación de la calidad del café. [59]. También este sistema ayuda a la circulación de aire caliente natural Gracias a su geometría, se favorece el flujo de aire desde la base hacia la parte superior (convección natural), lo cual facilita la extracción del aire húmedo del interior sin necesidad de sistemas forzados. Esta ventilación natural acelera el secado y reduce el riesgo de condensación o moho [60], Las formas curvas, como los arcos parabólicos, distribuyen mejor las cargas mecánicas (peso propio, viento, lluvia), por lo que permiten usar materiales livianos sin perder resistencia. Esto hace que los secadores sean más duraderos, económicos y fáciles de construir (ver la Figura 3.4).

Figura 3. 4. Secador Marquesina. [61].

3.4.1. Descripción de la curvatura parabólica de los secadores

Para describir la curvatura de las marquesinas parabólicas utilizadas en el secado de café, se utiliza normalmente la ecuación de una parábola simétrica. Esta parábola representa el perfil curvo de la cubierta del secador visto de frente (corte transversal). [62].

𝑥2 = −2𝑝𝑦 Ecuación 6 Ecuación general de la parábola Donde:

 y : altura de la marquesina en función de x  x : distancia horizontal del eje central  a : parámetro que define la apertura o curvatura de la parábola

3.5.

Diseño mecánico El diseño mecánico del sistema contempla una estructura rectangular con dimensiones externas de 8 metros de largo, 93 centímetros de alto y un ancho distribuido en tres niveles internos (superior, medio e inferior) de 1,96 metros cada uno, para un total útil de ancho interno de 5,88 metros. El largo interior disponible es de 7,88 metros, lo cual permite un aprovechamiento eficiente del espacio para el proceso de secado de café (ver Figura 3.5). Esta configuración facilita la circulación del aire entre los niveles, optimiza la capacidad de carga del sistema y permite una integración adecuada de los sensores ambientales, ventilación y componentes electrónicos, garantizando estabilidad estructural y funcionalidad en el entorno de operación.

Figura 3. 5. Medidas secador de café (Autor).

3.5.1. Ecuación canónica aplicada a la parábola de la marquesina

Utilizando las medidas anteriores calcularemos la parábola del arco que define la curvatura superior de la marquesina del secador. (ver Figura 3.6) Para ello, se emplea la ecuación canónica reducida de una parábola vertical con vértice en el origen

Figura 3. 6. Malla del modelo canónico. [63].

La de apertura vertical hacia abajo, que representa el perfil de la curvatura de una marquesina de secado de café, Esta ecuación representa una parábola que abre hacia abajo, ideal para modelar estructuras como túneles solares o marquesinas utilizadas en procesos de secado natural, como el café. A partir de las dimensiones del secador, se tienen los siguientes datos:  Ancho total del arco: 1.96 m  Altura máxima de la curvatura (en el centro): 0.339 m  Por simetría, los extremos laterales están a x = ± 0.98 m  Alturas en los extremos y = - 0.339 m Ecuación:

𝑥2 = −2𝑝𝑦 Ecuación 6 Ecuación canonical de la parábola Despejamos:

(0.98)2 = −2𝑝(0.339) Ecuación 7 Despeje Ecuación canónica 𝑝= 1.4167 Ecuación 8 Solución Ecuación canónica Reemplazando este valor en la ecuación canónica: 𝑥2 = −2(1.4167)𝑦 Ecuación 9 Ecuación canónica 𝑥2 = −2.83𝑦 Ecuación 10 Solución Ecuación canónica Esta es la ecuación que describe matemáticamente la curvatura parabólica de la marquesina del secador. A partir de ella es posible simular la estructura, calcular áreas o volúmenes de ventilación, y optimizar el diseño térmico y estructural del sistema.

𝑦= 𝑥2

2.83

Ecuación 11 Solución Ecuación de la curvatura

3.5.2. Diseño estructura metílica.

Se propone la implementación de una estructura completamente metálica, tanto para la base como para el sistema de cubierta superior. Esta estructura incorpora un diseño de arcos corredizos, tal como se ilustra en la figura (ver Figura 3.7), lo que permite una manipulación flexible de la cubierta plástica según las condiciones climáticas.

Figura 3. 7. Estructura metálica. (Autor) 3.5.3. Diseño sistema de anclaje.

Como sistema de anclaje entre la base y los arcos metálicos de la estructura, se propone el uso de pernos de ajuste, lo cual permite una unión firme pero desmontable. Esta solución facilita el ensamblaje y desensamblaje de la estructura, lo que representa una ventaja frente a las estructuras completamente soldadas (ver Figura 3.8).

Figura 3. 8. Diseño de ajuste entre la base y el arco. (Autor).

3.5.4. Diseño completo

Este mecanismo consiste en dos secciones metálicas articuladas que permiten levantar manualmente las cubiertas plásticas hacia ambos lados, optimizando el control de ventilación y temperatura interna. Esta configuración es especialmente útil en secadores solares tipo marquesina, donde la exposición al sol debe regularse de acuerdo con las condiciones climáticas y el estado del grano de café durante el proceso de secado, en este caso se plantea un sistema de doble alabe con apertura vertical, como se muestra en la figura (ver Figura 3.9).

Figura 3. 9. Diseño preliminar. (Autor).

3.6.

Selección del sistema de sensado La selección del sistema de censado se basó en las variables ambientales para el control del secado del café, priorizando la precisión, bajo consumo energético y compatibilidad con el microcontrolador ESP32. Se eligieron sensores de humedad relativa, lluvia y temperatura, así como un sensor tipo V, con el fin de obtener datos confiables en tiempo real. Estos dispositivos permiten una adecuada supervisión de las condiciones del entorno, fundamentales para optimizar el proceso de secado y prevenir pérdidas por sobrecalentamiento o alta humedad.

3.6.1. Componentes electrónicos usados

 Sensor DHT22. El DHT22 es un sensor digital de bajo costo ampliamente empleado en aplicaciones de monitoreo ambiental e Internet de las Cosas (IoT), debido a su capacidad para medir simultáneamente la temperatura y la humedad relativa con una buena precisión (ver Figura 3.10). Este componente se destaca por su facilidad de integración mediante una interfaz digital de un solo cable, lo que simplifica su implementación en sistemas embebidos. Su rango de operación lo hace especialmente útil en entornos agrícolas o rurales, como el monitoreo de las condiciones ambientales en marquesinas de secado de café, donde la temperatura y la humedad son factores determinantes en la calidad final del grano.

Figura 3. 10. Sensor de Humedad y Temperatura  El GUVA-S12SD es un sensor de luz ultravioleta (UV) (ver Figura 3.11). diseñado para detectar radiación en el rango UV-A (320–400 nm), proporcionando una salida de voltaje analógica proporcional a la intensidad de la luz UV incidente. Es ampliamente utilizado en sistemas de monitoreo ambiental debido a su bajo consumo, buena sensibilidad y facilidad de integración con microcontroladores.

Figura 3. 11. Sensor GUVA-S12SD.

 El sensor de lluvia (ver Figura 3.12).Es un dispositivo diseñado para detectar la presencia de agua sobre su superficie, permitiendo identificar eventos de precipitación o humedad superficial. Su funcionamiento se basa generalmente en una placa conductiva que actúa como superficie sensora. Cuando las gotas de agua caen sobre esta superficie, la resistencia eléctrica disminuye, generando una señal que puede ser interpretada como “lluvia detectada”.

Figura 3. 12. Sensor de lluvia.

 Controlador de carga HX-2S-JH20.El HX-2S-JH20 (ver Figura 3.13) es un controlador de carga diseñado para proteger y balancear celdas de baterías de iones de litio conectadas en serie. Este módulo resulta fundamental en sistemas IoT alimentados por energía almacenada, ya que garantiza una carga equilibrada entre las celdas y previene condiciones críticas como sobrecarga, sobredescarga o cortocircuito. Su implementación mejora significativamente la seguridad y la vida útil del sistema energético, lo que lo convierte en una solución idónea para prototipos autónomos de monitoreo ambiental, como aquellos utilizados en el seguimiento de variables climáticas dentro de marquesinas de secado de café [53].

Figura 3. 13. Controlador de carga HX-2S-JH20.

 El módulo LoRa DX-LR01 (ver Figura 3.14) es un módulo transceptor LoRa diseñado para establecer comunicaciones inalámbricas de largo alcance en aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT). Opera en la banda ISM y emplea técnicas de modulación de espectro ensanchado para ofrecer alta sensibilidad de recepción, bajo consumo energético y alcances superiores a los de tecnologías convencionales como Wi-Fi o Bluetooth. Gracias a estas características, es especialmente adecuado para entornos rurales o agrícolas, donde se requiere transmitir datos desde zonas remotas.

Figura 3. 14. Módulo LoRa One.

3.6.2. Esquema electrónico

Para el desarrollo del sistema electrónico se implementó una unidad de comunicación LoRa integrada con un microcontrolador ESP32. Además, se incorporaron sensores para la medición de lluvia, humedad relativa y un sensor tipo V (ver figura 3.15), los cuales permiten adquirir datos ambientales clave para el monitoreo del proceso de secado.

Figura 3. 15. Diseño del circuito electrónico. (Autor).

3.6.3. Diseño proteus

Para el diseño electrónico del primer prototipo del sistema de monitoreo ambiental aplicado al secado de café donde se evidencia el transmisor y receptor de datos (ver Figura 3.16), se utilizó la herramienta profesional Proteus 8. Esta plataforma permitió elaborar el esquemático del circuito (ver Figura 3.6), simular su comportamiento eléctrico y validar su funcionamiento previo a la implementación física. Gracias a esta etapa de simulación, fue posible identificar errores de diseño, optimizar el rendimiento del sistema y realizar ajustes necesarios antes del desarrollo de la placa de circuito impreso (PCB).

Figura 3. 16. Diseño proteus.(Autor).

 Observamos el diseño de proteus del transmisor donde utilizamos los señores de humedad, temperatura y detector de lluvia. (ver Figura 3.17).

Figura 3. 17. Esquema proteus trasmisor de datos.(Autor).  Observamos el esquema de proteus del receptor donde visualizamos los datos tomados de los sensores. (ver Figura 3.18).

Figura 3. 18. Esquema Proteus Receptor de datos. (Autor).

3.6.4. Montaje de pruebas

 Para desarrollar el prototipo, lo primero es comprobar el funcionamiento de cada uno de los sensores, por lo que se ensamblara poco a poco los componentes utilizados. (ver figura 3.19 Y 3.20),

Comenzando con el sensor DHT11(Sensor de temperatura y humedad), este componente cuenta con 3 pines los cuales son: positivo (+), data, y negativo(- ). El pin de data estará posicionado en el pin 4 del esp32 el cual será el responsable de tomar todos los datos proporcionados por este sensor.

Figura 3. 19. Montaje DTH11.(Autor).

Figura 3. 20. Monitoreo de la humedad. (Autor).

 Comprobado el funcionamiento del DHT11, se procede a conectar el módulo de lluvia, este cuenta con dos secciones, una placa resistiva y el módulo de ajuste, este último cuenta con dos lados de conexiones, un lado con conexiones de polaridad el cual se conectará con la placa resistiva, y el otro

lado ira conectado al esp32 con sus respectivos pines de alimentación, y los pines de datos A0 AL PIN 34 y D0 al pin 35 del esp32. (ver figura 3.21),

Figura 3. 21. Funcionamiento sensor de lluvia.(Autor).  Este módulo de lluvia cuenta con un resistencia ajustable en su módulo, un componente muy importante debido a que en zonas de mucha humedad el modulo puede detectar lluvia sin haberla, por esto es necesario ajustar su valor en cada zona. (ver figura 3.22).

Figura 3. 22. Monitoreo lluvia.

 El código del sensor de lluvia es igualmente sencillo solo se definen variables y se crea un condicional que depende del margen de humedad del lugar. (ver Figura 3.23).

Figura 3. 23. Código sensor de lluvia.(Autor).  El sensor encargado de medir la radiación UV es el Guva s12, al igual que el dht11, este cuenta con 3 pines, positivo (+), negativo (-) y data el cual ira conectado al pin 27. (ver figura 3.24).

Figura 3. 24. Prototipo con sensor UV.( Autor).  Aunque a diferencia del sensor dht11, este se encarga de medir la longitud de onda de la luz que recibe. (ver figura 3.25),

Figura 3. 25. Monitoreo de la radiación solar. (Autor)  El código del sensor de radiación uv solo se declara una constante y lee el puerto análogo que es donde llegara la información censada del Guva. (ver Figura 3.26)

Figura 3. 26. Código de radiación UV. (Autor).

 El ventilador es la parte encargada de renovar el aire dentro de la marquesina, por esto es una parte fundamental en este prototipado, este ira conectada por medio de un relevador debido a que el esp32 no posee la potencia necesaria para la activación del ventilador, sin embargo, por medio de un relevador de 5 voltios (suministrados por el esp32) logra la activación del ventilador. Este ventilador no puede estar encendido todo el tiempo ya que terminaría afectando la calidad del café, por ende, se realiza un condicional en el código para que se active en condiciones determinadas. Debido a las condiciones óptimas para el secado de café, este se debe activar cuando la humedad relativa es mayor al 12% y la temperatura (faltan

realizar pruebas para ver la variación de la temperatura al encender el ventilador) sea mayor de 39°C. (ver figura 3.27).

Figura 3. 27. Prototipo con extractor de aire.

 Se activa el pin del relevador como salida, adicionalmente se inicia el puerto serial en 115200 que es el valor de la frecuencia del LoRa y se ajusta la posición del mensaje a mostrar en la pantalla Oled. (ver Figura 3.28)

Figura 3. 28. Código para iniciar el ventilador extractor. (Autor).  Por último la conexión de los módulos LoRa, encargados de la transmisión remota de los datos, para este caso el módulo DX-LR01 cuenta con 7 pines de los cuales los más importantes son TX y RX, ya que serán los encargados de la transmisión y la recepción de los datos e irán conectados a los pines 17 y 16 del esp32, los pines M0 y M1 no se utilizarán ya que es para un modo de configuración. Finalmente quedan los pines de alimentación para su

funcionamiento. Son módulos de comunicación sencilla de utilizar y de bajo consumo. (ver figura 3.29).

Figura 3. 29. Prototipo con pantalla de visualización. (Autor)  se define código receptor la librería U8g2lib.h que es la librería de la pantalla Oled y se definen los pines de transmisión y recepción (ver Figura 3.30).

Figura 3. 30. Código de receptor pantalla. (Autor).  Con base en el diseño electrónico previamente desarrollado, se realizaron pruebas funcionales preliminares utilizando una protoboard (ver Figura 3.31). Este método experimental permite validar la interconexión de los componentes, comprobar el comportamiento del sistema de adquisición y transmisión de datos ambientales y realizar ajustes en tiempo real antes de pasar a la etapa de fabricación del circuito impreso (PCB).

Durante estas pruebas se verificó la lectura precisa de temperatura y humedad relativa, así como la transmisión estable mediante LoRa desde el sensor ubicado en una estructura representativa de una marquesina de secado de café. Este procedimiento garantiza que el sistema cumpla con los requisitos de monitoreo en ambientes rurales y variables, minimizando posibles errores de diseño y asegurando la fiabilidad operativa en condiciones reales.

Figura 3. 31. Montaje de los componentes electrónicos (Autor).  se crean variables para separar los datos de la cadena, con "," y se realiza un condicional en el cual si los datos no son correctos, imprima en la pantalla Oled "datos incorrectos", si los datos son correctos, se mostraran todos los datos en la pantalla. (ver Figura 3.32).

Figura 3. 32. Código de visualización de datos en pantalla. (Autor).

3.7.

Diseño del algoritmo de control Finalmente, se desarrolla un código (ver Figura 3.33). Para el microcontrolador ESP32, el cual integra la lectura de distintos sensores ambientales y la transmisión de datos mediante comunicación LoRa UART, además de implementar un sistema de control básico mediante un relé.

En la primera parte del código se definen los pines correspondientes a los sensores conectados:

 El sensor DHT11 (pin 4) para la medición de temperatura y humedad relativa del ambiente.

 El sensor de lluvia con salidas analógica (pin 35) y digital (pin 34).  Un sensor UV conectado al pin 27, el cual entrega una señal analógica proporcional a la cantidad de radiación ultravioleta detectada.  Se configura también un pin de salida digital (pin 5) para controlar un relé, con el objetivo de activar o desactivar un actuador según la humedad medida.

En la función setup (), se inicializan la comunicación serial a 115200 baudios y la interfaz UART secundaria (Serial2) para el módulo LoRa, utilizando los pines TX = 17 y RX = 16. También se configura el pin del relé como salida digital, inicializado en estado bajo.

Figura 3. 33. Algoritmo de temperatura y humedad. (Autor)

 Para poder visualizar las variables el puerto serial se define en 115200 ya que a esa frecuencia operan los LoRa, de otra manera no se podrá visualizar. (ver Figura 3.34)

Figura 3. 34. Código transmisión. (Autor).

 Para que de un valor entero real se utiliza la función “isnan”, así evitando datos erróneos. temperatura del sensor DHT11, humedad del sensor DHT11. Lectura del sensor UV (valor analógico). (ver Figura 3.35)

Figura 3. 35. Código de función Isnan. (Autor).

 Se utiliza una función de cadena de datos para enviar un mensaje que contenga todas las variables, cada dato debe ir separado con “,”.Mediante la función “serial2” se envía el mensaje de la cadena de datos hacia el LoRa receptor. (ver Figura 3.36).

Figura 3. 36. Código de envío de las variables. (Autor).  Se activa el pin del relevador como salida, adicionalmente se inicia el puerto serial en 115200 que es el valor de la frecuencia del LoRa y se ajusta la posición del mensaje a mostrar en la pantalla Oled. (ver Figura 3.37)

Figura 3. 37. Código pantalla Oled. (Autor).

 Este fragmento de código pertenece al nodo receptor de un sistema de comunicación LoRa usando Serial2 (UART). Su función principal es leer los datos que llegan desde otro dispositivo, mostrarlos por el monitor serial y luego enviarlos a una función para visualización (probablemente en una pantalla LCD, OLED o similar).se activa el serial 2 para la recepción de datos(ver Figura 3.38)

Figura 3. 38. Código de recepción de datos. (Autor).

 Este fragmento se encarga de visualizar en la pantalla OLED las variables ambientales recolectadas por el sistema: temperatura, humedad, radiación UV y estado de lluvia. se escribe lo que se mostrara en la pantalla oled junto a su valor. (ver Figura 3.39).

Figura 3. 39. Código de datos impresos en pantalla. (Autor).

CAPITULO 4

4. Resultados

Los resultados obtenidos durante el desarrollo del prototipo del sistema de monitoreo de precipitación en zonas múltiples han sido altamente satisfactorios, evidenciando que el diseño propuesto cumple con los objetivos establecidos. A lo largo del proceso de implementación, se llevaron a cabo diversos ajustes tanto en el esquema electrónico como en el diseño de la placa PCB, lo cual permitió una integración más eficiente de los componentes y una optimización significativa del rendimiento global del sistema.

En particular, se alcanzó una medición precisa de la precipitación mediante sensores adecuados, cuyos datos fueron transmitidos de forma confiable al nodo receptor utilizando el protocolo de comunicación LoRa. Esta transmisión se mantuvo estable incluso en escenarios con condiciones ambientales variables, lo que valida la robustez del sistema ante diferentes entornos operativos. Adicionalmente, se realizaron pruebas funcionales en distintas ubicaciones geográficas, lo que permitió verificar la eficacia del prototipo en la recolección y envío de datos en tiempo real. Las modificaciones aplicadas durante la fase de diseño también contribuyeron a mejorar la facilidad de instalación y la portabilidad de sistema, lo que favorece su escalabilidad e implementación en diversas regiones.

Modelado de piezas; Se desarrolló el modelado 3D utilizando la herramienta inventor para la estructura mecánica del sistema, enfocándonos en los soportes y bases de que sostienen la marquesina, esta sección fue diseñada con el propósito de garantizar una estructura rígida capaza de soportar los factores climáticos a demás para distribuir los componentes electrónicos.

4.1.

Esquema definitivo.

Como resultado del proceso de diseño e implementación, se desarrolló un prototipo funcional para el monitoreo ambiental de las condiciones de secado del café (ver Figura 4.1). El cual integra de manera eficiente aspectos mecánicos, electrónicos y de comunicación. La estructura física fue construida completamente en material metálico, utilizando un sistema de doble alabe que se levanta de forma vertical para permitir el flujo de aire y facilitar la operación del sistema. Esta estructura, de 7,88 metros de largo interior y 93 cm de alto, ofrece estabilidad, resistencia a la intemperie y un diseño modular que facilita su mantenimiento y transporte.

Figura 4. 1. Diseño eléctrico de sistema en Proteus. (Autor).

4.2.

Simulación protoboard.

El sistema desarrollado integra sensores, comunicación inalámbrica y actuadores de forma coordinada para monitorear y controlar las condiciones ambientales durante el proceso de secado del café. De esta manera, los dispositivos LoRa permiten la transmisión y recepción de información entre el nodo sensor instalado en el prototipo y una estación base, facilitando el monitoreo remoto en tiempo real, incluso en zonas rurales con baja conectividad. (ver la Figura 4.2).

Los sensores de temperatura y humedad relativa (DHT22), ubicados en diferentes niveles del prototipo, se encargan de realizar un monitoreo continuo del entorno interno del secador. Cuando el sistema detecta que la temperatura desciende por debajo de un umbral establecido y al mismo tiempo la humedad relativa se encuentra elevada, se activa automáticamente un conjunto de ventiladores extractores. Estos ventiladores controlan las condiciones internas mediante flujo de aire forzado, contribuyendo a disminuir la humedad y estabilizar la temperatura, acelerando así el proceso de secado y evitando condiciones que puedan afectar la calidad del grano.

Figura 4. 2. Montaje electrónico. (Autor).

4.3.

Implementación del código transmisión de datos En primer lugar, se configuraron los pines de entrada y salida digital para la lectura de los sensores ambientales y el control de los dispositivos de actuación. Se integró un sensor DHT11 para medir temperatura y humedad relativa, un sensor de radiación ultravioleta (UV) conectado a una entrada analógica, y un sensor de lluvia con salidas analógica y digital. Para el control del sistema de secado, se utilizó un relé conectado a una salida digital, el cual activa o desactiva un ventilador o extractor de aire según las condiciones ambientales. (Ver Figura

4.3).

El desarrollo del programa se apoyó en la librería DHT11.h para la gestión del sensor de temperatura y humedad, y se utilizó la comunicación LoRa a través del puerto UART (Serial2) del ESP32, empleando funciones básicas de transmisión. El control de actuadores se realizó mediante instrucciones de salida digital directa, compatibles con la activación de transistores o módulos de relé. El programa ejecuta un bucle principal (loop) donde se realiza la lectura periódica de los sensores cada cinco segundos. Los datos obtenidos son procesados para identificar el estado climático del entorno. En caso de que la humedad relativa supere un valor umbral preestablecido (por ejemplo, 70 %), el sistema activa el relé, permitiendo encender un ventilador extractor con el fin de reducir la humedad. Además, los datos ambientales como temperatura, humedad, radiación UV y estado de lluvia son enviados mediante el módulo LoRa, permitiendo la supervisión remota del sistema.

Figura 4. 3. Código Emisor (autor).

4.3.1. Implementación del código recepción de datos

El desarrollo del programa se estructuró con base en la librería U8g2 para la gestión de la pantalla gráfica y en funciones de lectura del puerto serial para la recepción de datos transmitidos desde un nodo remoto. La interfaz visual fue diseñada utilizando tipografía clara y estructurada para mostrar en tiempo real cuatro variables clave: temperatura, humedad relativa, radiación UV y estado de lluvia. (Ver Figura 4.4).

El programa ejecuta un bucle principal (loop) en el que verifica continuamente la disponibilidad de datos entrantes desde el módulo LoRa. Una vez recibida una línea de datos en formato CSV (valores separados por comas), se procesa y se extraen los campos correspondientes. Posteriormente, estos valores se imprimen en la pantalla OLED, distribuidos en líneas organizadas para facilitar su lectura por parte del usuario en campo.

Figura 4. 4. Código receptor. (Autor).

5. Conclusiones

 El prototipo desarrollado representa una solución eficaz para el monitoreo ambiental automatizado en el secado de café, permitiendo mejorar la calidad del grano mediante el control preciso de variables críticas como temperatura, humedad relativa y radiación solar, lo que contribuye a reducir pérdidas postcosecha y aumentar el valor agregado del producto final.

 La evolución progresiva del diseño eléctrico del sistema permitió una integración eficiente y de bajo consumo, pasando de prototipos básicos en protoboard a una arquitectura más robusta con distribución optimizada de pines, protección de componentes y adaptación específica a las condiciones del entorno rural cafetero.

 El diseño y modelado 3D desempeñaron un papel fundamental en la planificación estructural del prototipo, permitiendo previsualizar y ajustar la geometría del sistema antes de su construcción física, optimizando así el flujo de aire, la compatibilidad entre componentes y la accesibilidad para tareas de mantenimiento.

 El uso de impresión 3D facilitó la fabricación rápida de piezas personalizadas, asegurando la correcta instalación de sensores, módulos electrónicos y fuentes de energía en el prototipo, y demostrando ser una herramienta clave para el desarrollo ágil y adaptado al contexto rural del proyecto.

 La programación modular del sistema, junto con la implementación de comunicación LoRa de bajo consumo, permitió una operación confiable y escalable del prototipo, asegurando una recolección de datos en tiempo real y el accionamiento autónomo de ventiladores según las condiciones climáticas, lo que valida su aplicabilidad en zonas con infraestructura limitada.

6. Recomendaciones

 Se recomienda mejorar el diseño y los componentes físicos del sistema con el objetivo de hacerlo más compacto y liviano. Esta optimización no solo permitirá un uso más eficiente del espacio disponible, sino que también reducirá el peso total y las dimensiones generales del prototipo, facilitando su transporte, instalación y mantenimiento, especialmente en entornos rurales con accesos limitados o infraestructura básica.

 Se recomienda que, para futuros desarrollos del sistema, se implemente una versión con conectividad inalámbrica mediante tecnologías como Wi- Fi o Bluetooth, lo cual permitiría una transmisión más directa y continua de datos hacia aplicaciones IoT. Esta mejora facilitaría el envío de alertas en tiempo real directamente a dispositivos móviles, permitiendo al usuario recibir notificaciones instantáneas sobre condiciones críticas del proceso de secado, como variaciones inesperadas de temperatura o niveles elevados de humedad.

 Se recomienda realizar pruebas piloto del sistema en secadores de café tradicionales operando en contextos reales de producción, con el fin de obtener una retroalimentación directa por parte de los usuarios finales. Este tipo de validación permitirá evaluar el desempeño del prototipo bajo condiciones ambientales reales, identificar posibles ajustes en el diseño y mejorar la precisión en la recolección de datos.

 Finalmente, se considera valioso desarrollar algoritmos de análisis de datos históricos recogidos por los sensores del sistema, con el objetivo de identificar patrones de comportamiento y anticipar posibles fallos o desgastes en componentes clave, como el sistema de transmisión del aire o los ventiladores extractores. Esta implementación permitiría pasar de un esquema de mantenimiento correctivo o periódico a un modelo de mantenimiento predictivo, más eficiente y proactivo.

7. Bibliografía

[1] C. Cafetera, «Beneficios del café II: Secado del café pergamino,» Cartilla Cafetera, vol. 21, p. 18.

[2] B. c. café, «conCAFÉ,» 18 07 2023. [En línea]. Available: https://concafe.es/el-cafe-de-colombia-un-tesoro-cafetalero-que-impulsa-laeconomia-y-enamora-lossentidos/#:~:text=La%20producci%C3%B3n%20de%20caf%C3%A9%20en %20Colombia%20tiene,en%20la%20industria%20cafetera%20a%20nivel%2 0mundial.&text=Seg%C3%BAn%20la%20. [Último acceso: 03 07 2024]. [3] O. Briñez, D. Yepez, J. Ureña y S. Rodriguez, «DESARROLLO DE PASERA INTELIGENTE PARA EL SECADO DE CAFÉ,» SENNOVA, Tolima. Colombia.

[4] Profesor Yarumo, «AGRONEGOCIOS,» 20 10 2021. [En línea]. Available: https://www.agronegocios.co/agricultura/reconozca-y-prevenga-los-defectosque-pueden-presentarse-en-los-granos-del-cafe-3249576.

[5] IDEAM, «ATLAS DE RADIACIÓN SOLAR, UTRAVIOLETA Y OZONO

COLOMBIA,» Instituto de hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, Bogotá D.C. Colombia, 2022.

[6] M. Bry-Air, «Bry-Air,» 5 4 2023. [En línea]. Available: https://www.bryair.com.br/es/blog/como-puede-afectar-la-humedad-delcafe/#:~:text=El%20control%20de%20humedad%20durante,la%20conserva ci%C3%B3n%20de%20la%20calidad..

[7] F. Gómez, «Comparative Study on Coffee Quality: Traditional Sun Drying vs. IoT-Controlled,» Coffee Science Journal, 2023.

[8] C. Gómez, A. Ortiz, V. Osorio y J. Usaquén, «DETERMINACIÓN DEL

CONTENIDO DE LA HUMADAD DEL CAFÉ PERGAMINO SECO Y AL

MENDRA VERDE MEDIANTE ESPECTROSCOPÍA DE INFRAROJO

CERCANO,» Postharvesting Processing, Bogotá, Colombia, 2024. [9] Q. Moseley, O. Colindres, C. Cabello, A. Serrano, I. M. J Gallardo y J. Serracín, «Procesos de secado del café y su impacto en la industria,» Panamá, 2024.

[10] A. Orús, «statista,» 30 04 2025. [En línea]. Available: https://es.statista.com/temas/9035/el-cafe-en-el-mundo/#topicOverview. [Último acceso: 26 06 2025].

[11] Barva-Heredia, «Guía técnica para el cultivo del café,» INSTITUTO DEL CAFÉ DE COSTA RICA, vol. 1a, nº 8, p. 72, 2011.

[12] W. W. P. C. V. C. Raffaele Vignola, «FICHA TÉCNICA CULTIVO DE

CAFÉ,» PRÁCTICAS EFECTIVAS PARA LA REDUCCIÓN DE IMPACTOS

POR EVENTOS CLIMÁTICOS EN EL CULTIVO DE CAFÉ EN COSTA RICA

, vol. 1, p. 115, 2018.

[13] I. d. C. d. C. R. (ICAFE), «Guía Técnica para el Cultivo del Café,» ISBN 978- 9977-55-041-4, Costa Rica, 2011.

[14] INFILTRADO, «El Café y sus Procesos,» 2024 JULIO 29. [En línea]. Available: https://cafeinfiltrado.com/blogs/noticias/cafe-de-especialidadprocesos?utm_source=chatgpt.com. [Último acceso: 2025 ABRIL 4]. [15] F. Vanegas, «CoffeMeida,» 2016 AGOSTO 31. [En línea]. Available: https://revista.coffeemedia.com.co/2016/08/31/procesos-del-cafe-lavadonatural-y-honey/. [Último acceso: 2025 ABRIL 4].

[16] F. N. d. C. d. Colombia, «UTILICE LA ENERGÍA SOLAR PARA SECAR CORRECTAMENTE EL CAFÉ,» ISSN, Chinchiná, Caldas, Colombia, 2000. [17] TENDENCIAS, «argplastics,» 2023 ENERO 16. [En línea]. Available: https://agriplasticscommunity.com/es/secadores-con-cubierta-plastica-paracafe/?utm_source=chatgpt.com. [Último acceso: 2025 ABRIL 4]. [18] G. d. l. R. d. Guatemala., «Ministerio de Agricultura, Ganadería y Alimentación,» 12 DICIEMBRE 2024. [En línea]. Available: https://www.maga.gob.gt/camas-africanas-para-el-secado-decafe/?utm_source=chatgpt.com. [Último acceso: 4 ABRIL 2025]. [19] «DESPISTE CAFÉ,» [En línea]. Available: https://despistecafe.es/secadorde-cafe/?utm_source=chatgpt.com&shared=true. [Último acceso: 4 ABRIL 2025].

[20] D. Guamuro, L. Pérez y C. pardo, «Secador solar tipo túnel con microclima auto controlado para Café (Coffea arabica) Honey de alto valor en taza,» Revista Agrotecnológica Amazónica, San Martín, Perú., 2022. [21] Smartin, «Industrias Conectada y Tecnologías Educativas para la Ingieniería,» ETS de ingenieros industriales, JUIO 2023. [En línea]. Available: https://open.ieec.uned.es/iot/publicado-nuevos-articulos-sobre-

laboratorio-remoto-de-industria-4-0-basado-en-microcontroladores-pic/. [Último acceso: 4 ABRIL 2025].

[22] C. Vázquez, V. Pineda y G. Ruiz, «Monitoreo del voltaje de una placa solar y calidad luminosa usando Internet de las Cosas,» Nova scientia vol.13 no.26 León, Ciudad de México, 2021.

[23] J. Jurado, E. Montoya, C. Oliveros y J. García, «EVALUACIÓN DEL

MÉTODO GRAVIMET PARA LA MEDICIÓN DEL CONTENIDO DE

HUMEDAD DEL GRANO EN EL SECADO SOLAR DE CAFÉ,» Pasto. Colombia, 2008.

[24] D. Giraldo, A. Pinedo, A. Ferreira y C. Valdez, «Datos experimentales de la cinética del secado y del modelo matemático para pulpa de cupuacu,» Ciênc. Tecnol. Aliment., Campinas, Palmas. Brasil, 2008. [25] Scielo, «SECAFÉ Parte I: modelamiento y simulación matemática en el secado mecánico de café pergamino,» [En línea]. Available: https://www.scielo.br/j/rbeaa/a/TZ7Sqw8RqZKny4fZh6dHW6j/. [Último acceso: 02 07 2025].

[26] Hotmath, «Varsity Tutors,» [En línea]. Available: https://www.varsitytutors.com/hotmath/hotmath_help/spanish/topics/vertexof-a-parabola. [Último acceso: 07 07 2025].

[27] J. Beningo, «DigiKey,» Colaboración de Editores de DigiKey de América del Norte, 2021 1 2020. [En línea]. Available:

https://www.digikey.com/es/articles/how-to-select-and-use-the-right-esp32wi-fi-bluetoothmodule#:~:text=El%20m%C3%B3dulo%20ESP32%20es%20una,para%20c onectarse%20con%20varios%20perif%C3%A9ricos.. [Último acceso: 10 4 2025].

[28] D. C. D. M. T. I. y. G. M. Massimo Banzi, «ARDUINO.cl,» [En línea]. Available: https://arduino.cl/que-esarduino/?srsltid=AfmBOooEtOKO2EVPrQ4gYfnFtpBZwo5WGU3RgJpKO8qx a588V2_S7PPo. [Último acceso: 10 4 2025].

[29] R. P. Pico, «Picockpit,» 9 2 2022. [En línea]. Available: https://picockpit.com/raspberry-pi/es/todo-sobre-la-frambuesa-pi-pico/. [Último acceso: 10 4 2025].

[30] STMicroelectronics, «advanced ARM®,» 2021. [En línea]. Available: https://www.st.com/content/st_com/en.html. [Último acceso: 10 4 2025].

[31] ARDUINO, «ARDUINO,» UAEH , 2021. [En línea]. Available: http://ceca.uaeh.edu.mx/informatica/oas_final/red4_arduino/temperatura_y_h umedad_dht11.html. [Último acceso: 10 4 2025]. [32] A. Postolache, «Industrias Shields,» 8 6 2020. [En línea]. Available: https://www.industrialshields.com/es_ES/blog/blog-industrial-open-source- 1/dht22-am2302-sensor-de-temperatura-y-humedad-224. [Último acceso: 10 4 2025].

[33] LastMinuteEngineers, «LastMinuteEngineers,» 2025. [En línea]. Available: https://lastminuteengineers-com.translate.goog/am2320-temperaturehumidity-sensor-arduinotutorial/?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=es&_x_tr_hl=es&_x_tr_pto=sge#:~:text=temp eratura%20de%20inmediato.- ,Descripci%C3%B3n%20general%20del%20hardware,una%20lectura%20ca da%2. [Último acceso: 10 4 2025].

[34] Trujillo, «naylampmechatronics,» [En línea]. Available: https://naylampmechatronics.com/sensores-luz-y-sonido/169-modulosensor-de-luz-ultravioleta-uv-ml8511.html. [Último acceso: 03 07 2025]. [35] Electronilab, «Electronilab,» [En línea]. Available: https://electronilab.co/tienda/sensor-detector-de-lluvia-o-gotas-de-aguahumedad/?srsltid=AfmBOori5YR1rak8g_8ZrZCLveIroDL- LJkZxmIewzhknZUoW4jAWpx0. [Último acceso: 03 07 2025]. [36] Y. Huang, «MOKO SMART,» PMP y NPDP, 2 2 2024. [En línea]. Available: https://www.mokosmart.com/es/what-is-a-loramodule/#:~:text=Los%20m%C3%B3dulos%20LoRa%20permiten%20la,cono cida%20como%20Chirp%20Spread%20Spectrum.. [Último acceso: 10 4 2025].

[37] NOVATRONIC, «NOVATRONIC,» 2020. [En línea]. Available: https://novatronicec.com/index.php/politica_garantia/. [Último acceso: 10 4 2025].

[38] Julpin, «Electrónica y Robótica,» 2022. [En línea]. Available: https://www.julpin.com.co/inicio/comunicacion-inalambrica/752-modulobluetooth-hc-05.html. [Último acceso: 10 4 2025]. [39] DIGI, «ECIA MEMBER,» 2025. [En línea]. Available: https://es.digi.com/products/embedded-systems/digi-xbee/rf-modules/2-4ghz-rf-modules/xbee3-zigbee- 3#:~:text=Herramientas%20Digi%20XBee,llegar%20al%20mercado%20m% C3%A1s%20r%C3%A1pidamente.. [Último acceso: 10 4 2025].

[40] E.-P. S. d. I. SL, «Brico Geek,» 2025. [En línea]. Available: https://tienda.bricogeek.com/varios/906-transceptor-inalambrico-nrf24l01- 24ghz.html. [Último acceso: 10 4 2025].

[41] Ardumotica, « paginaswebschile.com,» 2023. [En línea]. Available: https://ardumotica.cl/producto/modulo-cargador-con-protector-bms-2s-hx-2sjh20-para-dos-baterias-de-litio-18650/. [Último acceso: 11 4 2025]. [42] SYSCOM, «EPEVER,» 2025. [En línea]. Available: https://www.syscom.mx/producto/LS1024B-EPSOLAR-78223.html. [Último acceso: 11 4 2025].

[43] EPEVER, «Charge Controller,» BEIJING EPSOLAR TECHNOLOGY CO. LTD, 2025. [En línea]. Available:

https://www.epever.com/products/?yith_wcan=1&product_cat=chargecontroller&gad_source=1&gclid=CjwKCAjw-- K_BhB5EiwAuwYoyiNDGGwGySLpl7QXWgg5zn41UIOtPwAv4xEC7MGEJU nh7MiaSMts2xoCUKIQAvD_BwE. [Último acceso: 11 4 2025]. [44] M. Hilcu, «OTOVO,» 2020. [En línea]. Available: https://www.otovo.es/blog/placas-solares/placas-solaresmonocristalinas/#:~:text=s%C3%B3lo%20un%20minuto!- ,%C2%BFQu%C3%A9%20son%20las%20placas%20solares%20fotovoltaic as%20monocristalinas?,%C2%A1Descubre%20nuestros%20paneles%20mo nocristalinos!. [Último acceso: 11 4 2025].

[45] SolidWorks, «SolidWorks Corporation,» Dassault Systèmes , 2002. [En línea]. Available: https://www.solidworks.com/es/product/solidworks-3d-cad. [Último acceso: 11 4 2025].

[46] Autodesk, «Autodesk AutoCAD,» 2025. [En línea]. Available: https://www.autodesk.com/mx/products/autocad/overview#:~:text=AutoCAD %20es%20un%20software%20de,%2C%20caracter%C3%ADsticas%20de% 20documentaci%C3%B3n%2C%20etc.. [Último acceso: 10 4 2025]. [47] U. Europea, «Blender 3D: qué es, usos y diferencias con Cinema 4D,» 4 9

2024. [En línea]. Available:

https://creativecampus.universidadeuropea.com/blog/blender/#:~:text=virtual %20para%20empresas.- ,%C2%BFQu%C3%A9%20es%20Blender?,videojuegos%20o%20la%20visu alizaci%C3%B3n%20arquitect%C3%B3nica.. [Último acceso: 11 4 2025]. [48] L. Franco, «multion,» 2024. [En línea]. Available: https://multion.com/producto/proteus#:~:text=Es%20ampliamente%20recono

cido%20por%20su,y%20t%C3%A9cnicos%20de%20la%20creaci%C3%B3n .. [Último acceso: 11 4 2025].

[49] A. Medrano, Á. Serra y C. Soto, «KiCad, Herramienta de Software Libre de Modelado de Circuitos Impresos para el Desarrollo de Hardware,» Ciencia e Ingeniería, vol. 38, núm. 2, pp. 177-186, Bogotá, Colombia., 2017. [50] D. d. I. E. y. Electrónica, «Guía para el uso de Eagle,» Bogotá, Colombia.,

2018.

[51] A. HELLBOT, «La impresión 3D en FDM,» 2025. [En línea]. Available: https://academia.hellbot.xyz/lecciones/la-impresion-3d-en-fdm/. [Último acceso: 10 4 2025].

[52] Weerg, «Weerg,» 2025. [En línea]. Available: https://www.weerg.com/es/guias/impresion-3d-comofunciona#:~:text=1.,realizadas%20en%20todo%20el%20plano.. [Último acceso: 11 4 2025].

[53] Xometry, «Xometry,» 8 9 2023. [En línea]. Available: https://xometry.pro/es/articulos/impresion-3d-sls-tecnologia/. [Último acceso: 11 4 2025].

[54] A. C. y. Á. S. Aroca, «Impresión 3D por modelado por deposición fundida: Manejo, funcionamiento,» Nereis. Revista Iberoamericana, Valencia, España., 2021.

[55] «La tienda del café,» [En línea]. Available: https://latiendadelcafe.co/blogs/cafe-colombiano/el-proceso-de-secado-delcafe?srsltid=AfmBOooChGoWgN1YqLDnPoQuFnqOnkPcS2BS1e- 6Sx6aPA9JPHf_U4uX. [Último acceso: 26 06 2025].

[56] M. Lemus, «secado de café en Elda. Paisaje cultural cafetero finca la iberia. Ansermanuevo vereda el Roble,» 25 10 2017. [En línea]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=OJHCmEtJWo4. [Último acceso: 26 06 2025].

[57] A. d. manizales, «Con marquesinas prefabricadas para el secado del grano, caficultores de Manizales innovan en el secado del café,» 22 10 2021. [En línea]. Available: https://centrodeinformacion.manizales.gov.co/conmarquesinas-prefabricadas-para-el-secado-del-grano-caficultores-demanizales-innovan-en-el-secado-delcafe/#:~:text=Con%20estas%20marquesinas%2C%20los%20caficultores,Fo mento%20de%20la%20Innovaci%C3%B3n%20Te. [Último acceso: 03 07 2025].

[58] J. Trejos, «DISEÑO DE SECADORA DE CAFÉ TIPO MARQUESINA CON,» Pereira, Risaralda, Colombia, 2022.

[59] H. rosero y K. Cisneros, «Desarrollo de un prototipo secador de café tipo parabólico semi automatizado para 50kg, finca villa Carolina, Buesaco, Nariño,» Pasto, Nariño.

[60] S&p, «El blog de ventilación eficiente,» 19 02 2024. [En línea]. Available: https://www.solerpalau.com/es-es/blog/ventilacion-mecanica-eliminarprevenir-humedad/. [Último acceso: 07 07 2025].

[61] A. cubiertas, «Secadores con cubierta plástica para café,» 16 01 2023. [En línea]. Available: https://agriplasticscommunity.com/es/secadores-concubierta-plastica-para-cafe/. [Último acceso: 07 07 2025]. [62] openstax, «openstax,» [En línea]. Available: https://openstax.org/books/prec%C3%A1lculo-2ed/pages/10-3-la-parabola. [Último acceso: 07 07 2025].

[63] S. Velez, H. Velasquez, J. Osorio y E. Largo, «Estudio del efecto de la geometría de un secador típico de café con CFD.,» Revista Ingenierías Universidad de Medellín, vol. 18, nº 35, p. 1, 2019. [64] naylampmechatronics.com, «naylampmechatronics.com,» [En línea]. Available: https://naylampmechatronics.com/espressif-esp/1011-esp32devkitc-v4-esp32-wifi-micro-usb.html. [Último acceso: 03 07 2025]. [65] ASAIR, «ASAIR,» [En línea]. Available:

https://asairsensors.com/product/dht11-sensor/. [Último acceso: 03 07 2025]. [66] Tecnoyfoto, «mh-rd sensor de lluvia ESPHome,» 22 01 2023. [En línea]. Available: https://tecnoyfoto.com/mh-rd-sensor-de-lluvia-esphome. [Último acceso: 03 07 2025].

[67] COMPONENTS, «COMPONENTS,» 04 12 2018. [En línea]. Available: https://components101.com/wireless/sx1278-lora-rf-module-featuresdimension-datasheet. [Último acceso: 03 07 2025]. [68] J. Fuller, «DATHASHEET HUB,» 01 08 2022. [En línea]. Available: https://www.datasheethub.com/ssd1306-128x64-mono-0-96-inch-i2c-oleddisplay/. [Último acceso: 03 07 2025].

[69] protosupplies, «Protosupplies,» [En línea]. Available: https://protosupplies.com/product/guva-s12sd-uv-light-sensor-module/. [Último acceso: 03 07 2025].

[70] D. Bravo, W. Acuña y J. Pito, «Prototipo para el control de temperatura y humedad en el secado mecánico de café,» Universidad del Cauca, Departamento de Física, Popayán, Cauca, Colombia, 2022. [71] M. montaña, «Diseño de un sistema de control automatico de un secador de café electromecánico de café pergamino,» Pereira, Risaralda, Colombia,

2016.

[72] H. Sayán, M. Arroyo y E. Domingo, «DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE SECADOR DE CAFÉ AUTOMATIZADO,» Lima, Perú,

2019.

8. Anexos

8.1.

Anexo 1. Código DTH11

8. 1. Código dht11. (Autor).

8.2.

Anexo 2. Código sensor de lluvia

8. 2. Código sensor de lluvia. (Autor).

8.3.

Anexo 3. El código de transmisión LoRa

8. 3. Código transmisión LoRa.

8.4.

Anexo 4. variables de los sensores y se crea un condicional para el ajuste del sensor de lluvia.

8. 4. Condicional sensor lluvia.

8.5.

Anexo 5. Plano anclaje base

8. 5. Plano anclaje base. (Autor).

8.7.

Anexo 7. Base.

Figura 1. Base (Autor).

8.8.

Anexo 8. Marquesina

8. 7. Marquesina. (Autor).

8.9.

Anexo 9. ESP32 DevKid v4

8. 8. ESP32 DevKid v4. [64].

8.10. Anexo 10. DTH11

8. 9.Datasheet sensor dth11. [65]

8.11. Anexo 10. SENSOR DE LLUVIA

8. 10. Sensor de lluvia. [66].

8.12. Anexo 12. Módulo LoRa

8. 11.Modulo LoRA. [67].

8.13. Anexo 13. PANTALLA LED

8. 12. Panta LED. [68].

8.14. Anexo 14. Sensor GUVA-S12DS UV

8. 13. Datasheet sensor GUVA-S12DS UV. [69].

8.15. Anexo 15. Sensor de humedad.

Figura 3. 40. Sensor de humedad.(Autor).

8.16. Anexo 16. Communicator LoRa.

Figura 3. 41. Comunicador LoRa. (Autor).

8.17. Anexo 17. Esp32.

Figura 3. 42. Módulo ESP32.

8.18. Anexo 18. Sensor de lluvia.

Figura 3. 43. Sensor de lluvia. (Autor).

8.19. Anexo 19. Sensor de radiación UV.

Figura 3. 44. Sensor de radiación UV. (Autor).

8.20. Anexo 20. Ventilador extractor.

Figura 3. 45. Ventilador extractor. (Autor).

8.21. Anexo 21. Panel solar.

Figura 3. 46. Panel solar. (Autor).

8.22. Anexo 22. Caja de alojamiento de los componentes.

Figura 3. 47. Caja de componentes.(Autor)