El nitrógeno es uno de los nutrientes más importantes para el crecimiento de las plantas y, por tanto, muy aplicado en los sistemas agrícolas a través de la fertilización. Sin embargo, la mala gestión de estos nutrientes puede causar un impacto negativo en el rendimiento del cultivo y el medio ambiente. Por esa razón, conocer de forma certera sobre el rendimiento y el manejo óptimo del nitrógeno es esencial en la agricultura. Sin embargo, su manejo para alcanzar el potencial de rendimiento y limitar las pérdidas al medio ambiente sigue siendo una limitación, debido a la variabilidad temporal y espacial en la absorción de nitrógeno por el cultivo, que afecta la relación suelo-nitrógeno. Para una buena gestión de los fertilizantes, hace falta técnicas de medición en tiempo real que permitan la evaluación de cambios en las concentraciones de nitratos en suelo. En la presente investigación, se busca desarrollar tecnología de sensores para nitratos en suelo que utiliza la tecnología del internet de las cosas para facilitar la gestión precisa de fertilizantes. Los resultados que se consigan harán posible mejorar la productividad agrícola, reducir los efectos al medio ambiente y gestionar mejor el uso de nutrientes en agricultura.  https://t.ly/S9uy

El nitrógeno es uno de los nutrientes más importantes para el crecimiento de las plantas y, por lo tanto, muy aplicado en los sistemas agrícolas a través de la fertilización. Sin embargo, su manejo para alcanzar el potencial de rendimiento y limitar las pérdidas al medio ambiente sigue siendo una limitación, debido a la variabilidad temporal y espacial en la absorción de nitrógeno por el cultivo, afectando la distribución del suelo-nitrógeno. Asimismo, se conoce poco sobre técnicas de medición in situ y en tiempo real que permitan la evaluación de cambios en las concentraciones de nitratos en suelo con resolución en tiempo y espacio suficiente. Los trabajos que han hecho posible identificar diferencias entre especies de nutrientes en suelo son del tipo electroquímico. Sin embargo, este tipo de sensores presentan limitaciones, tales como su complejidad a la hora de su fabricación, costos y dificultades para realizar mediciones en tiempo real.

El suelo como sistema multifásico consta de tres componentes: la matriz sólida (partículas del suelo), el aire y la fase de agua líquida. La constante dieléctrica del agua es 78.5 a 25°C, mientras que la del aire es aproximadamente 1, y de la mayoría de los minerales del suelo están en el rango de 2 a 8. Por lo tanto, la medición de la permitividad a granel del suelo está fuertemente influenciada por su contenido de agua. Al aplicar un campo eléctrico alterno al suelo, las moléculas de agua superarán su movimiento térmico aleatorio y se alinearán con el campo, almacenando así energía. El agua del suelo nunca es pura y contiene algunos iones que pueden causar pérdida de energía a través de la conductividad iónica. En esta medida, se han reportado avances de diseños de sensores con electrodos del tipo capacitivo interdigital, con resultados prometedores en medios acuosos. Al combinar los electrodos capacitivos interdigitales con materiales como el grafeno, se han conseguido mejores resultados para identificar nitratos en medios acuosos. También, la bibliografía reporta que se han desarrollado pruebas para conocer la respuesta a los cambios de niveles de nitratos en suelo utilizando sensores capacitivos comerciales, diseñados para medir la conductividad eléctrica del suelo. Los resultados reportan que se han encontrado variaciones específicas de iones con el aumento de la conductividad a frecuencias específicas, pero no se consigue identificar el tipo de macronutriente. Dado que en medios acuosos se ha conseguido mejores resultados utilizando electrodos a base de grafeno, en este proyecto de investigación, se usa electrodos capacitivos interdigitales a base de grafeno, respondiendo a la siguiente pregunta: ¿cuál es el rango de frecuencias de excitación donde las condiciones dieléctricas del suelo cambian de un modo que permitan conocer las concentraciones de nitratos en ese punto? Ello permitirá caracterizar el espectro dieléctrico para concentraciones de nitratos en soluciones de suelo, utilizando electrodos interdigitales de grafeno.

El nitrógeno es uno de los nutrientes más importantes para el crecimiento de las plantas y, por lo tanto, muy aplicado en los sistemas agrícolas a través de la fertilización. La nitrificación causa pérdidas de nitrógeno con impacto en el rendimiento del cultivo y el medio ambiente. La lixiviación de nitratos también da como resultado la eutrofización del agua subterránea, el florecimiento de algas tóxicas y la pérdida de biodiversidad; mientras que el óxido nitroso es un gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global 300 veces mayor que el dióxido de carbono. Por tanto, conocer de forma certera sobre el rendimiento y el manejo óptimo del nitrógeno es esencial en la agricultura. Sin embargo, su manejo para alcanzar el potencial de rendimiento y limitar las pérdidas al medio ambiente sigue siendo una limitación, debido a la variabilidad temporal y espacial en la absorción de nitrogeno del cultivo, que afecta la distribución del suelo-nitrogeno. Para contrarrestar esta limitación, los sistemas de detección remota se vienen utilizando cada vez más en la construcción de herramientas de apoyo a la toma de decisiones para los sistemas agrícolas contemporáneos, a fin de mejorar el rendimiento de la producción y la gestión del nitrógeno, a la vez que se reducen los costos operativos y el impacto ambiental. Pero, esta forma de proceder no garantiza la aplicación juiciosa de insumos agrícolas, es decir, solo cuando y donde sea necesario. Por lo tanto, se necesitan técnicas de medición in situ y en tiempo real que permitan la evaluación de cambios en las concentraciones de nitrógeno en suelo con resolución en tiempo y espacio suficiente. Asimismo, se han desarrollado muchas investigaciones en el diseño de sensores para medir concentraciones de nitrógeno en medios acuosos, pero poco se conoce sobre el comportamiento de estos sensores en soluciones de suelo. En esta investigación, se busca definir con precisión las frecuencias óptimas y tipo de electrodo adecuado para medir los efectos inducidos por los iones sobre la medición dieléctrica y, con ello, poder cuantificar las interrelaciones entre ellos. Los resultados que se consigan permitirán diseñar nuevos sensores para medir las concentraciones de nitrógeno en suelo con las características de ser en tiempo real, in situ y de bajo coste. Sensores de este tipo contribuirán a que las tecnologías modernas, como internet de las cosas, puedan ser utilizadas para una mejor gestión de los insumos en los campos de cultivo, por tanto, una mejora en la productividad y reducción de los impactos negativos al medio ambiente.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación avanzado

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Un coinvestigador
• Un tesista de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Tipo de proyecto: Desarrollo tecnológico

Subsector: Agropecuario

Sector: General

Lugar de ejecución del proyecto: Arequipa

Fecha de inicio: 03/12/2018

Fecha de cierre: 03/12/2020

Plazo de ejecución (meses): 24

Objetivo principal

Desarrollar tecnología de sensores para medir niveles de nitratos en suelo, utilizando internet de las cosas para facilitar la gestión precisa de fertilizantes en agricultura.

Objetivo específico 1

Diseñar y fabricar electrodos capacitivos interdigitales planos en base a grafeno para medir nitrato en suelo en tiempo real.

Objetivo específico 2

Medir la sensibilidad de la capacitancia de sensores interdigitales basado en grafeno para iones de nitrato en soluciones de suelo.

Objetivo específico 3

Diseñar e implementar un sistema en tiempo real basado en internet de las cosas para el monitoreo de concentración de nitrato en suelo.

Institución responsable del proyecto

Universidad Católica San Pablo

RUC: 20327998413

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Privado

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Arequipa

Dependencias: Centro de Investigación en Electrónica y Telecomunicaciones

Instituciones asociadas

Universidad Nacional de San Agustín

RUC: 20163646499

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Arequipa

Santa Gabriela S.A.C.

RUC: 20498542264

Tipo de entidad: Empresas

Régimen: Privado

País: Perú

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Arequipa

Instituto Tecnológico de la Producción (ITP)

RUC: 20131369477

Tipo de entidad: Centros de Innovación Productiva y Transferencia Tecnológica (CITE) públicos o privados

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Arequipa

Investigador principal

Nombres: Jimmy Diestin

Apellido paterno: Ludeña

Apellido materno: Choez

Grado académico: Doctorado

Nombre del grado académico: Doctor en Multimedia y Comunicaciones

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Dependencia: Centro de Investigación en Electrónica y Telecomunicaciones

Coinvestigador

Nombres: Efraín Tito

Apellido paterno: Mayhua

Apellido materno: López

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Dependencia: Centro de Investigación en Electrónica y Telecomunicaciones

Coinvestigador

Nombres: Juan José

Apellido paterno: Choquehuanca

Apellido materno: Zevallos

Grado académico: Magister

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Dependencia: Centro de Investigación en Electrónica y Telecomunicaciones

Coinvestigador

Nombres: María Elena

Apellido paterno: Talavera

Apellido materno: Núñez

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de San Agustín

Dependencia: Facultad de Ciencias Naturales y Formales

Coinvestigador

Nombres: Julia Lilians

Apellido paterno: Zea

Apellido materno: Álvarez

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de San Agustín

Dependencia: Facultad de Ciencias Naturales y Formales

Coinvestigador

Nombres: José Godofredo

Apellido paterno: Peña

Apellido materno: Dávila

Grado académico: Magíster

Entidad: Instituto Tecnológico de la Producción (ITP)

Dependencia: CITE Agroindustrial Majes – Arequipa

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado 4

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado 4

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad Nacional de San Agustín

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado 4

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Gestor tecnológico

Nombres: Gestor tecnológico no identificado

Apellido paterno: Gestor tecnológico no identificado

Apellido materno: Gestor tecnológico no identificado

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Coordinador administrativo

Nombres: Jesús

Apellidos: Del Carpio Pacheco

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Técnico

Nombres: Lucia Carolina Eliana

Apellidos: Cuellar Díaz

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Asistente de investigación

Nombres: Sulay Andreina

Apellidos: Oblitas Aguilar

Entidad: Santa Gabriela S.A.C.

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.