Sistema de Automatización en Cultivo de Cannabis Indoor
Scandura, I.; Aguila Wharton, A.; Protti Cosenza, L.; Mentasti, L.;Fernández, A.;Franchi, Maria L.;Barreto, G. y Rossi, S.
2025-09-30
RESUMEN
El cultivo de cannabis para uso terapéutico ha experimentado un incremento significativo debido a la demanda de productos estandarizados, enfrentando desafíos relacionados con la variabilidad de compuestos activos y la falta de una regulación robusta. Este artículo presenta el desarrollo de CannOS, un sistema de automatización de bajo costo basado en hardware abierto como la plataforma Arduino, diseñado para optimizar condiciones ambientales en cultivos indoor. Se describen los componentes principales, incluyendo sensores de temperatura, humedad y actuadores como relés, junto con una simulación virtual que valida su funcionalidad. El sistema aborda variables críticas como iluminación, riego y ventilación, promoviendo trazabilidad y eficiencia energética. Los resultados preliminares sugieren una reducción en consumo energético y una exactitud del orden de los 0,5 ºC en monitoreo de temperatura ambiental, posicionándolo como una solución innovadora para mercados emergentes. Este trabajo contribuye al avance de la agricultura controlada, alineándose con las regulaciones argentinas (Ley Nº 27.350) y ofreciendo un modelo escalable para investigación futura.
INTRODUCCIÓN
El cultivo indoor es una actividad que se desarrolla desde hace años y en la actualidad con el avance de la tecnología y los sistemas disponibles permiten cada vez un grado mayor de automatización permitiendo procesar, compartir y transmitir los datos obtenidos de manera remota y en vivo. La necesidad de desarrollar un sistema de cultivo indoor, está relacionado con poder controlar y monitorear las variables físicas de la sala y lograr un crecimiento óptimo de las plantas. Las variables que más afectan al cultivo son la temperatura y humedad ambiente, humedad del suelo, la iluminación y la concentración de CO2 en la atmósfera. El cultivo de cannabis para uso terapéutico ha experimentado un crecimiento significativo en respuesta a la demanda de productos estandarizados y de alta calidad. No obstante, la variabilidad en la concentración de compuestos activos, sumada a la ausencia de un marco regulatorio robusto, representa un desafío crítico para la salud pública, ya que puede derivar en la circulación de productos de inconsistente calidad e inocuidad. Frente a este escenario, se hace imperiosa la implementación de prácticas de cultivo controlado que permitan estandarizar los procesos productivos y garantizar resultados reproducibles. Integrando tecnologías electrónicas básicas surge como una solución viable para automatizar las variables climáticas, promoviendo entornos controlados que simulen condiciones óptimas y reduzcan el impacto ambiental. Este proyecto surgió a partir de una necesidad planteada por un grupo de investigadores de la Facultad de Ingeniería de la UNICEN, donde el objetivo general es desarrollar un sistema de automatizado de bajo costo utilizando plataformas de hardware abierto, para medir y regular parámetros necesarios. Los objetivos específicos incluyen el diseño del sistema y la carcasa contenedora de los componentes, la selección e integración de sensores y actuadores compatibles, el diseño de una interfaz de usuario intuitiva, la evaluación de su eficiencia en términos de exactitud y calidad, sumado a la capacidad de ser un producto escalable. Para dicho estudio se contó con las instalaciones de un contenedor adaptado según la necesidad y utilizado para el crecimiento y desarrollo del cultivo. El proyecto tiene un enfoque interdisciplinario que combina áreas como el diseño industrial, la ingeniería electrónica, agronómica y de sistemas para optimizar condiciones de crecimiento, asegurando trazabilidad y eficiencia en el cultivo. Los resultados que se esperan mostrar son un control preciso de las variables, con un costo estimado inferior a alternativas comerciales. La relevancia de este trabajo radica en su potencial para estandarizar procesos de cultivo, la reducción del impacto ambiental, facilitar la trazabilidad y el acceso equitativo a tratamientos basados en evidencia científica.
MARCO CONCEPTUAL
El interés creciente en el uso medicinal del Cannabis Sativa L. ha impulsado avances en el cultivo en ambientes controlados, en el caso de Argentina, la Ley Nº 27.350 permite la autoprovisión y fomenta la producción formal para garantizar calidad y seguridad (Ley 27350, n.d.) . Sin embargo, desafíos como la falta de trazabilidad y la variabilidad en concentraciones de cannabinoides y terpenos generan riesgos en la eficacia terapéutica, particularmente con los productos adulterados que comprometen la calidad del tratamiento. (Fleming et al., 2023). Frente a este escenario, se hace imperiosa la implementación de prácticas de cultivo controlado que permitan estandarizar los procesos productivos y garantizar resultados reproducibles. En este contexto, el cultivo de interior emerge como una alternativa tecnológicamente viable, al posibilitar el monitoreo y la automatización precisa de variables ambientales como la temperatura, humedad, iluminación y niveles de CO₂, optimizando así el desarrollo de los cultivos y minimizando el impacto ambiental. (Vernon et al., 2023) (Menoni et al., 2023). Con estas premisas se propone el diseño de un sistema que integre tecnologías con el fin de sortear estas dificultades. CannOS (Cannabis Operating System) representará un avance tecnológico significativo en la agricultura de ambientes controlados, específicamente para optimizar el cultivo interior de cannabis. Este desarrollo propuesto combina hardware accesible, software especializado y principios de diseño industrial para crear una solución integral que aborda los principales desafíos de la industria como la estandarización de calidad, trazabilidad documentada, y eficiencia energética, democratizando el acceso y permitiendo implementaciones de bajo costo en comparación con los productos del mercado (Ordoñez-Quintero et al., 2022). Esta revisión examina la literatura relevante, destacando la transición de sistemas tradicionales a integrados con IoT y componentes de bajo costo. Se compara con formas de cultivo alternativas, se detallan los cuidados específicos y se resalta la versatilidad de estos sistemas para aplicaciones accesibles.
MATERIALES Y METODOS
El inicio de este desarrollo comienza con un módulo container equipado para generar las condiciones ideales de un cultivo, al ingresar a modulo, hay una entrada de sanidad, de un lateral depósito, lugar destinado al stock de materiales y para la preparación de la misma y, del otro lado un área controlada, con un aire acondicionado y dos salas. La primera, es una sala de madres que nos permiten generar los esquejes y reemplazo por envejecimiento, junto con una esquejera para la reproducción de los mismos y la segunda, es una sala de flora para realizar los ensayos de cultivo. Para poder satisfacer las necesidades planteadas, se generó una lista de acciones o buenas prácticas indispensables para llevar adelante la automatización, se diseñó de manera virtual la sala de cultivo con todos los componentes y el sistema de automatización necesario para el módulo de cultivo de la UNICEN. Lo primero que se hizo mediante el programa de diseño Solid Works fue diseñar la sala de cultivo, con la disposición planteada en el módulo y también se llevó a cabo el diseño de la carcasa del sistema de automatización con el objetivo de analizar todas las variables como el flujo de aire, distribución lumínica y eficiencia energética, optimizando los recursos antes de implementarlos físicamente.
Para la unidad de control (módulo principal) se utilizó, un módulo microprocesador arduino mega 2560 con 54 pines E/S digitales y 16 pines E analógicas, un sensor de temperatura y humedad ambiente DHT-22, mide temperatura ±0.5°C y humedad relativa ±2%, el módulo reloj en tiempo real (RTC) DS3231 que mantiene hora/fecha con batería de respaldo, un módulo display TFT ILI9486 de 3.5”, módulo de comunicación inalámbrica wifi ESP8622 y un teclado matricial 4x4 que ofrece una interfaz intuitiva.
En la Figure 1 se muestra el desarrollo virtual de la sala y el sistema CannOS.
En la Figure 2 se muestra una simulación virtual sobre control de variables, empleando el ambiente Wokwi.
En la Figure 3 se muestra, de forma esquemática, el primer acercamiento al diagrama funcional del sistema
El siguiente objetivo es la implementación de los sensores de humedad de suelo en cada maceta para optimizar el riego, haciendo uso racional de agua y evitando problemas como estrés hídrico tanto por falta de agua como por exceso de la misma. Para poder controlar esto se pensó en un módulo externo al módulo principal, que se conectan y se comunican entre ellos, inicialmente por medio de cables y pines, pero se planea instalar una conexión inalámbrica estable, para independizar cada sector, tanto en los sensores de las macetas como en los actuadores del sistema de riego.
El control lumínico se realizó de manera configurable desde el software. Este mismo se ejecuta mediante relés que activan y desactivan las luces, el extractor e intractor. El CannOS se conecta a la red eléctrica de 220 V, disponiendo de un transformador y un rectificador para adecuar la tensión de entrada a la placa. El sistema está diseñado en una carcasa de manera que todo se encuentre ordenado y que disponga de una conexión sencilla para acoplar distintas funciones, por ejemplo, Ventiladores, extractor, intractor y humectadores.
RESULTADOS Y DISCUCIÓN
Una vez implementado el prototipo se espera que demuestre un control preciso de variables ambientales, que las mediciones están dentro del rango propuesto tanto en temperatura como la humedad relativa, con desviaciones mínimas (±0.5°C y ±2% RH) gracias al DHT22, divisando aceptación en torno a la huella de carbono y el consumo energético, aun asi mejorando el rendimiento del cultivo, obteniendo productos de calidad, trazables y seguros. La interfaz permite una configuración dinámica tanto en modo básico como modo experto facilitando experimentar y ajustar los fotoperíodos de 18-6 o 12-12hs, como también los parámetros de temperatura y humedad en cada sector, mejorando rendimiento en fase vegetativa/floración. Los costos económicos se estiman inferiores a alternativas comerciales, destacando viabilidad para escalado y los inconvenientes como el cableado que se planean resolver utilizando alternativas como Zigbee o wifi para mejorar las prestaciones. El sistema supera limitaciones de cultivos tradicionales al integrar IoT (Bluetooth/WiFi), promoviendo trazabilidad y sostenibilidad, esperando una reducción del 30% en consumo energético. Comparado con literatura, alinea con avances en automatización (Huamán, 2015) (Sammons et al., n.d.) , pero innova en bajo costo y adaptabilidad, posicionándolo como competitivo para mercados emergentes en cannabis medicinal. En la Figure 4 se presentan datos procesados y gráficas sobre evolución de las variables físicas medidas. Con la recopilación sistemática de datos y su análisis se tiende a la obtención futura de trazabilidad en los datos obtenidos
CONCLUSIÓN
En conclusión, el sistema CannOS, implementado mediante una metodología interdisciplinaria que integra diseño virtual, selección de hardware abierto y simulación de control ambiental, revela un notable potencial para optimizar el cultivo indoor de cannabis terapéutico. Los resultados esperados incluyen un monitoreo preciso de variables clave, con datos cuantificables como fotoperíodos configurables y mediciones en tiempo real, que facilitan la trazabilidad integral de parámetros climáticos. Esta aproximación asegura reproducibilidad y sostenibilidad, posicionando la solución como un avance escalable en agricultura controlada, alineandose con los mercados emergentes y la regulación nacional.