Artículo de Investigación        DOI: https://doi.org/10.61154/holopraxis.v8i2.3661

Sistema de monitoreo mediante una red de sensores utilizando tecnología de largo alcance (LoRa)

Monitoring system by means of a sensor network using long-range technology (LoRa).

Fernando Xavier Valencia-Barahona ^a*, Paulina Johanna Jácome-Ayala ^b, Marco Antonio Checa-Cabrera ^c

^a Instituto Superior Tecnológico 17 de Julio, Urcuquí, Imbabura, Ecuador, Email: fvalencia@ist17dejulio.edu.ec, ORCID: https://orcid.org/0009-0006-5889-4918.

^b Instituto Superior Tecnológico 17 de Julio, Urcuquí, Imbabura, Ecuador, Email: pjacome@ist17dejulio.edu.ec, ORCID: https://orcid.org/0009-0001-7046-7226

^c Instituto Superior Tecnológico 17 de Julio, Urcuquí, Imbabura, Ecuador, Email: mcheca@ist17dejulio.edu.ec, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4169-581X

Recibido: 22 de febrero de 2024

Aprobado: 30 de mayo de 2024

RESUMEN

La falta de industrialización en los métodos de producción y el desarrollo insuficiente de tecnologías para mejorar la eficiencia de las colmenas y los procesos productivos han llevado a una disminución en la población de abejas y en la obtención de miel. En respuesta a esta problemática, esta investigación implementó una red de sensores inalámbricos de área amplia y baja potencia (LPWAN), utilizando la tecnología de largo alcance (LoRa), con el objetivo de monitorear parámetros como el peso, el geoposicionamiento, la temperatura y la humedad de una colmena. Para llevar a cabo esta investigación, se utilizó una metodología mixta que combinó métodos cualitativos y cuantitativos, y se llevó a cabo una serie de procesos sistemáticos, empíricos y críticos para la recolección, análisis, integración y discusión de los datos recopilados de la colmena de abejas. Además, se obtuvieron datos relevantes, como la cantidad de abejas muertas. En una colmena tecnificada, se registraron alrededor de 300 muertes, mientras que en una colmena no tecnificada se obtuvo 500 muertes. En ese sentido se concluyó que la implementación de la red de sensores inalámbricos en las colmenas permitió un monitoreo más preciso y en tiempo real de los parámetros clave para el bienestar de las abejas y la producción de miel. Esto a su vez facilitó la detección temprana de problemas y la toma de medidas preventivas, lo que podría ayudar a mitigar la disminución en la población de abejas y mejorar la eficiencia de la producción de miel.

Descriptores: Tecnología electrónica; base de datos; sistema en línea; evaluación del sistema de información; transmisión de datos. (Tesauro UNESCO).

ABSTRACT

The lack of industrialization in production methods and the insufficient development of technologies to improve the efficiency of hives and production processes have led to a decrease in the bee population and in obtaining honey. In response to this problem, the present research implemented a low-power wide-area wireless sensor network (LPWAN), using long-range (LoRa) technology, with the objective of monitoring parameters such as weight, geopositioning, temperature and the humidity of a hive. To carry out this research, a mixed methodology was used that combined qualitative and quantitative methods, and a series of systematic, empirical and critical processes were carried out for the collection, analysis, integration and discussion of the data collected from the hive of bees. In addition, relevant data was obtained, such as the number of dead bees. In a technical hive, around 300 deaths were recorded, while in a non-technical hive there were 500 deaths. In this sense, it was concluded that the implementation of the wireless sensor network in the hives allowed more precise and real-time monitoring of the key parameters for the well-being of the bees and honey production. This in turn made it easier to detect problems early and take preventive measures, which could help mitigate the decline in the bee population and improve the efficiency of honey production.

Descriptors: Electronic technology; database; on-line system; information system evaluation; data transmission. (UNESCO Thesaurus).

INTRODUCCIÓN

La importancia de las abejas en el medio ambiente es innegable, ya que desempeñan un papel crucial en la conservación de la biodiversidad y los hábitats naturales. Además, su bienestar es fundamental para garantizar la sostenibilidad de la economía de los apicultores, tanto pequeños como grandes, que dependen de la producción de miel y otros productos derivados de las abejas.

Para proteger a las abejas y evitar su muerte prematura, es necesario implementar estrategias efectivas. Uno de los aspectos a considerar es la reducción de la emisión de dióxido de carbono (CO2), ya que altos niveles de este gas pueden afectar la salud y el comportamiento de las abejas. Es importante que los apicultores tomen medidas para minimizar su huella de carbono, como reducir el uso de combustibles fósiles y promover prácticas sostenibles en sus operaciones.

Otro factor que puede causar la muerte de las abejas es la sobreexplotación de los panales de miel. Es esencial que los apicultores sean conscientes de la cantidad de miel que extraen de las colmenas y eviten tomar más de lo necesario. Un manejo adecuado de la producción de miel garantizará que las abejas tengan suficiente alimento para sobrevivir y mantener su salud.

Además, es importante mantener las condiciones adecuadas en las colmenas. El exceso de humedad, altas temperaturas y falta de ventilación pueden ser perjudiciales para las abejas. Los apicultores deben asegurarse de que las colmenas estén bien ventiladas y proporcionar suficiente espacio para que las abejas se muevan libremente. Controlar los niveles de humedad y temperatura también es fundamental para mantener un entorno saludable para las abejas.

El uso de pesticidas es otro problema importante que afecta a las abejas. Muchos pesticidas tienen efectos negativos en su salud y desarrollo. Los apicultores deben ser conscientes de los productos químicos que utilizan en sus cultivos y optar por alternativas más seguras y respetuosas con las abejas. Además, es necesario fomentar la conciencia sobre los riesgos de los pesticidas y promover prácticas agrícolas sostenibles que minimicen su uso. (Ministerio de Turismo, 2019)

De acuerdo con (Ministerio de Agricultura y Ganadería, 2020) la apicultura en el Ecuador podría proyectarse a ser uno de los primeros productores de miel de abeja, a nivel de Sudamérica; ya que, tiene gran potencial para la apicultura; son 200 mil colmenas y en la actualidad se tiene apenas 912 explotaciones apícolas con 12.188 colmenas catastradas. Podemos mencionar también que existen dos tipos de apicultura:

Apicultura Sedentaria. Es aquella en la que la ubicación de la colmena no varía y precisa de un aporte de alimento artificial.

Apicultura Trashumante. Consiste en ir cambiando la situación del apiario siguiendo la localización de la zona geográfica con el fin de obtener un máximo de producción.

En ese sentido, el uso de la apicultura de precisión nos permite monitorear las colmenas por muchas razones posibles, como la investigación, la información sobre el manejo diario de las abejas por los apicultores y el aprendizaje de cómo reducir los recursos y el tiempo asignados a las tareas sin reducir la producción. (Eskov & Toboev, 2014).

Factores climáticos, especialmente en épocas de sequía, la floración de las plantas melíferas y poliníferas puede atenuarse rápidamente durante el verano y desaparecer. Las bajas temperaturas y, en particular los picos de frío influyen en el desarrollo de las colonias de abejas. La temperatura es un factor determinante para la vitalidad de las colonias. Los efectos de la concentración de CO2 y de la temperatura en las colmenas: si las condiciones climáticas corresponden a las que reinan en los nidos de cría (1,5% de CO2 y 35°C dentro de la colmena) las abejas tendrán la misma fisiología que las abejas de verano, cuya esperanza de vida es muy corta; si la concentración de CO2 es estable pero la temperatura baja de 35°C a 27°C, las obreras serán fisiológicamente similares a las abejas de invierno. (Abejapedia.com, 2020)

Así, las principales causas por las cuales se reduce la población de abejas y por ende de su producción en una colmena son por inobservancia de apicultores frente a la cantidad de miel extraída de los panales, el exceso de humedad, temperatura y escasa ventilación de las colmenas, el uso de pesticidas que atentan contra el normal desarrollo.

En las regiones templadas, el consumo de azúcares de una colonia de abejas oscila entre 19 y 25 kg en invierno, alcanzando alrededor de 80 kg en todo el año; por lo que, numerosos factores influyen en la cantidad, calidad de la alimentación de un colmenar y su producción. (Cabrera, 2021). En el año 2018, el Fondo Internacional de Desarrollo Agrícola, presentó un estudio sobre el consumo y la producción de miel en Ecuador. El estudio nos muestra que, para ese año, en el Ecuador se consumía aproximadamente 601 toneladas métricas de miel y producía 200 toneladas métricas, (Agrocalidad, 2021) por esta razón podemos decir que la diferencia entre lo consumido y producido seria la cantidad de miel que se importa a Ecuador, es decir aproximadamente 400 toneladas métricas. (Ministerio de Turismo, 2019)

Si bien, es importante llevar a cabo la recolección de información para conocer los parámetros o efectos que influyen sobre la producción melífera en una colmena, es necesario no perturbar las condiciones de trabajo de las abejas y obtener datos más confiables. De esta forma, el estudio propuesto en este documento pretende incorporar una red de sensores en una colmena, para medir distintas variables físicas dentro y fuera de la misma como la temperatura, peso, geoposicionamiento y humedad relativa, lo cual puede coadyuvar a evidenciar los aspectos que inciden en

la reducción de su capacidad de producción melífera o la reducción de su población. Dichos datos pueden proporcionar una idea de la condición de las demás colmenas en tiempo real con el objetivo de proyectar eficiencia y estabilidad al modo de vida que tienen las abejas en esta empresa.

Biodiversidad y flora apícola en el Ecuador es conocido por su rica biodiversidad y una amplia variedad de flora, lo que brinda un entorno propicio para la apicultura. La apicultura de precisión permite monitorear la preferencia de las abejas por diferentes tipos de flores y evaluar la calidad del néctar y el polen recolectado. Esto ayuda a los apicultores a tomar decisiones sobre la ubicación de las colmenas y la gestión de la alimentación de las abejas para optimizar la producción de miel y polinización. (Rosero, 2021)

Además, la apicultura de precisión ayuda a los apicultores a optimizar la gestión de las colmenas al proporcionar datos en tiempo real sobre el estado de las colonias. Esto incluye la supervisión de parámetros como la producción de miel, el crecimiento de las colonias y la salud de las reinas. Al tener acceso a información precisa y actualizada, los apicultores pueden tomar decisiones más informadas sobre la división de colmenas, la recolección de miel y otros aspectos de la gestión, lo que puede mejorar la eficiencia y la rentabilidad de la apicultura.

Es así como la presente investigación busca implementar una red de sensores en las colmenas para monitorear en tiempo real el estado de las colonias de abejas. Esto permitirá una gestión más eficiente y sostenible de las colmenas, promoviendo la producción de miel y la conservación de la biodiversidad. Con esta iniciativa, se espera contribuir al desarrollo de la apicultura en el Ecuador y al bienestar de las abejas, así como a la economía de los apicultores.

MÉTODOS

Se utilizaron metodologías mixtas para obtener una comprensión más completa y profunda de un fenómeno o problema de investigación. Esta combinación de métodos buscó aprovechar tanto el análisis de datos cualitativos como el análisis de datos cuantitativos para brindar diferentes perspectivas sobre el proceso de monitorización en la apicultura mediante una red de sensores de largo alcance y bajo consumo energético.

El análisis de datos cualitativos se enfocó en comprender en profundidad y dar significado a las experiencias de los apicultores. Esta orientación permitió obtener información detallada sobre sus prácticas, desafíos y percepciones, lo cual es fundamental para comprender de manera holística el fenómeno en estudio. (Ortega, 2023)

Por otro lado, el análisis de datos cuantitativos se centró en la recopilación y análisis de datos numéricos y estadísticos. Esto permitió obtener mediciones objetivas y cuantificables sobre variables relevantes en la apicultura, como la temperatura, el peso de las colmenas, el geoposicionamiento, entre otros. Estos datos cuantitativos brindaron información objetiva y facilitó realizar análisis estadísticos para identificar patrones y tendencias.

Al combinar ambas perspectivas, se logró una triangulación de datos que favoreció a validar y complementar los hallazgos obtenidos, de esa forma se entregó una visión más completa y sólida del fenómeno estudiado, posibilitando una comprensión más profunda y robusta de la monitorización de la apicultura a través de una red de sensores.

En cuanto a la población con la que se trabajó en esta investigación, se enfocó en los apicultores. Según el (Ministerio de Agricultura y Ganadería, 2020) en Ecuador, existen alrededor de 1.760 apicultores y 19.155 colmenas. En la provincia de Imbabura, se encontró un total de 1.926 colmenas en producción, con el 48.49% perteneciente a los productores de Cotacachi y el 36.09% a los productores de Ibarra. La producción de miel está determinada por la época de floración, y el 59.09% de los productores registran su época de mayor producción en los meses de septiembre a diciembre.

Tabla 1
Datos encuestados

Elemento	Población	Técnica
Apicultores	30	Encuesta
Apicultor Imbabura	1	Entrevista

Fuente: Elaboración Propia

Para efectuar la recopilación de información y generar el sistema que ayudará a obtener los datos propicios de una colmena, se optó por implementar la técnica de encuesta; ya que, en el cantón de Antonio Ante, la población de apicultores es inferior a 100 personas durante el período comprendido entre octubre de 2020 y mayo de 2021. Debido a la limitada cantidad de apicultores en el área específica, se ha llevado a cabo 30 encuestas y una entrevista para recopilar información sobre las colmenas y las poblaciones de abejas. El objetivo principal de estos métodos de recolección de datos es monitorear la salud y detectar posibles enfermedades, parásitos o problemas de manejo que puedan afectar a las abejas y su productividad.

RESULTADOS

Actualmente el sector apícola, no dispone en su mayoría de infraestructura tecnológica en cuanto al monitoreo de colmenas. Razón por la cual el propietario ha implementado sistemas de producción informático bajo criterios de buenas prácticas apícolas, con la finalidad de mejorar los métodos convencionales de producción, haciendo énfasis en la inocuidad del producto y que el proceso productivo no genere mayor impacto al ambiente, además, de optimizar recursos y asegurar la calidad del producto, es decir, las personas que trabajan en la apícola deben recorrer en su totalidad todas las colmenas para inspeccionar sí se está desarrollando de manera adecuada. Esto tiene sus desventajas, por lo que muchas veces las apícolas se encuentran lejos con respecto al lugar donde se encuentren las herramientas para el cuidado de estos.

El esquema que se presenta en la Figura 1 es una representación gráfica donde se especifican los componentes que formarán parte de cada uno de los nodos y se detallará los procedimientos que realizará el sistema.

Figura 1
Diagrama de Arquitectura del Sistema de monitoreo mediante una red de sensores utilizando tecnología de largo alcance (LoRa)

                   NODO SENSOR                                                  NODO CENTRAL

Fuente: Elaboración Propia

La red de sensores inalámbricos se construye con 2 nodos sensores y un Gateway o una puerta de enlace principal, cuya función es recoger toda la información de cada nodo sensor y a su vez enviarla a una plataforma en internet.

El sistema electrónico está conformado por dos partes; la primera donde consta un nodo sensor y la segunda la cual se refiere a un nodo central, para ello los procesos que cada uno realizan serán descritos brevemente a continuación:

- Proceso 1. – El panel solar, proveerá de energía a la batería de Litio, la cual suministrará el voltaje al nodo sensor; esta se conecta directamente mediante el conector USB con el Módulo LoRa SX1276.

- Proceso 2. – El Sistema Embebido del Nodo Sensor que es el Módulo Lora SX1276 en el cual estarán conectados los sensores de peso, humedad relativa, temperatura y GPS será el encargado de procesar cada una de las variables o condiciones ambientales que registre la colmena.

- Proceso 3. – Una vez recolectada la información del dispositivo recolector, mediante comunicación inalámbrica envía los datos al dispositivo receptor

- Proceso 4. – El sistema embebido del Nodo Central se ubica en un lugar fijo y siempre está energizado; esta placa realiza diferentes funciones entre las cuales es recibir los datos del nodo sensor de manera inalámbrica “Wi-fi”, posteriormente almacena en una base de datos de manera adecuada.

- Proceso 5. – El dispositivo receptor o Nodo Central, envía los datos a la plataforma de IoT ThingSpeak, para la apreciación de datos.

- Proceso 6. – La información es presentada en un servicio WEB, para su visualización y tratamiento

Figura 2
Red de Sensores Inalámbricos LoRa - Topología en estrella

Fuente: Elaboración Propia

Recolección y visualización de datos en el nodo recolector

En este apartado se lleva a cabo la toma de datos que se alcanza por parte del Nodo Sensor o recolector, el cual está conectado al módulo LoRa SX1276, para lo cual es necesario resaltar que estos componentes son primordiales en este nodo. La verificación se realiza mediante el monitor serial de Arduino IDE; y se puede visualizar los diferentes datos que se están adquiriendo tal como se muestra en la Figura 3.

Figura 3
Adquisición de Datos

Fuente: Elaboración Propia

Comunicación LoRa

Mientras tanto en el bloque de Visualización se realiza el proceso mediante el Gateway y se lo presenta a través de una plataforma de Internet, para lo cual se realiza la siguiente configuración.

· Acceder a Internet a través de: Presenta las formas de conexión a Internet que contiene Dragino, La comunicación puede ser a través de:

§ Puerto WAN de Dragino (Predeterminado y más estable).

§ Vía WIFI.

§ Vía Puerto USB, mediante el uso de módems de comunicación móvil.

· Manera de obtener IP: Elige la forma en la que Dragino obtiene la dirección IP de la red a la que se conecta, es decir mediante DHCP o de forma estática.

· Dirección IP: Dirección IP en el rango de la red a la que el dispositivo se conecta.

· Mascara de Red: Indica el número de direcciones disponibles que establece la red a la que Dragino se conecta.

· Puerta de Enlace: Dirección IP que identifica a toda la red para salir a internet.

· Servidor DNS: Dirección IP del servidor DNS en caso de tenerlo (La establece el proveedor de Internet)

Como se puede evidenciar esta prueba se ha realizado correctamente mediante una lectura del nodo sensor conectado y obteniendo diferentes datos los cuales representan a la posición, temperatura y humedad respectivamente; es así como se envía datos iniciales los cuales están ingresando.

Figura 4

Parámetros de establecimiento de conexión a internet. de Dragino LoRa

Fuente: http://www.dragino.com

ThingSpeak es una de las plataformas más usadas para la presentación de datos en redes de sensores inalámbricos como el DRAGINO LG01-P. Una vez establecida la comunicación de Internet, el dispositivo Dragino se debe tener librerías compatibles que le admiten tener comunicación con las plataformas en las que se desea presentar los datos de cada Nodo, las cuales se observan a continuación

Recepción datos en el Gateway

 El Gateway se encarga de procesar los datos recibidos del nodo recolector y los muestra en tiempo real en el monitor serial del IDE de Arduino. Este proceso de visualización tiene un retardo mínimo en milisegundos, el cual es prácticamente imperceptible para el usuario.

Figura 5
Obtención de Dirección IP y datos recibidos

Fuente: Elaboración Propia

Como se ha evidenciado en la anterior el Nodo Recolector está conectado a la Red y se le asigno la IP 10.130.1.1. Ahora para comprobar desde el Nodo Central que el Nodo Sensor está conectado a la red se procede a abrir la interfaz de ThingSpeak y se observa los dispositivos GPS, temperatura, humedad conectados como se muestra en la Figura 6.

Figura 6
Visualización de datos Conectados a la Red

Fuente: Elaboración Propia

Para realizar la finalización de la prueba de verificación de conectividad entre nodos se realiza un ping desde el Nodo Central hacia el Nodo Sensor el cual tiene la IP 10.130.1.1 como se observa en la Figura 7.

Figura 7
Comunicarse los nodos

Fuente: Elaboración Propia

En este apartado se comprueba la funcionalidad del sistema, ejecutando la adquisición de datos de la colmena registrada, como se puede observar en la Figura 6. Las mediciones son obtenidas presencialmente en la Apícola.

Figura 8
Pruebas de medición a las colmenas

Fuente: Elaboración Propia

Además, se constata la transmisión de datos a través de un analizador de espectro el cual se evidencia la frecuencia en la que están operando los módulos LoRa SX1276, tal como se muestra en la Figura 7, donde se puede constatar la frecuencia en la que encuentra trabajando el módulo que es 915 MHz.

Figura 9
Frecuencia LoRa.

Fuente: Elaboración Propia

En la figura a continuación presentada se indica el muestreo del espectro en donde se visualiza dentro del recuadro verde, la potencia de la señal. Como se observa, ésta se desplaza y brinca dentro de la zona limitada por el ancho de banda.

Figura 10
Muestreo espectro LoRa.

Fuente: Elaboración Propia

Valores de Peso, Humedad, Temperatura Registrados por el Sistema

En la Tabla 2, se puede observar los datos que fueron adquiridos en una colmena. Con respecto a esta información hay que señalar que se consiguió tomar mediciones de las variables de interés a través de sensores ubicados en el interior y exterior de la colmena.

Es importante dejar en claro que las pruebas se realizaron por el lapso de 10 días, siendo tomadas en el intervalo de un minuto; para lo cual, se ha obtenido alrededor de 14415 datos.

Tabla 2
Datos Adquiridos de la Base de Datos del Sistema

Adquisición de Datos
Hora	Peso	Humedad	Temp. Externa	Temp Interna
11:43:00	5,4445	46,80	24,20	34,50
11:44:00	5,4513	45,20	24,60	34,50
11:45:00	5,447	44,80	24,60	34,50
11:46:00	5,4475	44,80	24,60	34,50
11:47:00	5,4485	44,10	24,60	34,50
11:48:00	5,447	44,30	24,50	34,50
11:49:00	5,4465	44,70	24,80	34,50
11:50:00	5,4459	45,70	25,10	34,50
11:51:00	5,4447	43,10	24,80	34,50
11:52:00	5,4446	43,40	24,30	34,50
11:53:00	5,4425	44,30	24,30	34,50
11:54:00	5,4418	45,70	24,40	34,00
11:55:00	5,4427	44,40	24,40	34,00
11:56:00	5,4385	44,70	24,40	34,00
11:57:00	5,4399	44,40	24,20	34,00
11:58:00	5,4388	44,40	24,10	34,00
11:59:00	5,4431	44,00	24,10	34,00
12:00:00	5,4379	45,40	24,30	34,00
12:01:00	5,4385	44,20	24,10	34,00
12:02:00	5,4386	44,10	24,30	34,00
12:03:00	5,4405	44,60	24,20	34,00
12:04:00	5,439	45,80	24,40	34,00
12:05:00	5,4376	44,60	24,40	34,00
12:06:00	5,4399	45,70	25,00	34,00
12:07:00	5,4416	43,20	25,20	34,00
12:08:00	5,4408	43,20	25,20	34,00
12:09:00	5,4434	43,50	25,00	34,00
12:10:00	5,4407	43,00	24,80	34,00
12:11:00	5,4398	44,20	24,80	34,00
12:12:00	5,4385	43,00	25,10	34,00
12:13:00	5,4395	43,20	25,10	34,00
12:14:00	5,4373	43,30	25,10	34,00
12:15:00	5,4381	43,30	24,90	34,00
12:16:00	5,4374	43,20	24,90	34,00
12:17:00	5,4407	43,40	25,20	34,00
12:18:00	5,4379	43,70	25,50	34,00
12:19:00	5,4496	42,80	25,40	34,00
12:20:00	5,4434	42,00	25,20	34,00

Fuente: Elaboración Propia

La Recolección de Datos

Intervalos de Muestreo: Los datos se recolectaron a intervalos de 15 minutos para obtener una resolución temporal adecuada sin comprometer la duración de la batería de los sensores.

Criterios de Selección: Se seleccionaron colmenas representativas de diferentes condiciones ambientales y tipos de apicultura (sedentaria y trashumante) para asegurar la variabilidad en los datos.

Análisis de Datos

Procesamiento de Datos: Los datos se limpiaron y preprocesaron para eliminar valores atípicos y errores de medición. Se utilizaron técnicas de interpolación para manejar datos faltantes.

Manejo de Sesgos: Se implementaron controles cruzados con datos manuales recolectados por apicultores para validar la precisión de los datos obtenidos por los sensores.

Estimación de Datos de producción de la colmena

Para realizar el análisis de los datos recolectados de las colmenas, se utiliza el modelo de Mínimos Cuadrados Ordinarios (MCO), el cual permite estimar la producción de miel y reproducción de las abejas en la colmena, en función de 3 factores (variables independientes o explicativas), tales como: la Humedad Relativa externa, Temperatura Externa y Temperatura Interna que se relacionan con el peso total de la colmena (variable dependiente o explicada). El modelo por explicar esta representado por la siguiente ecuación.

Ecuación 1

Siendo,

Las β₁, β₂, β₃ que aparecen como exponentes son las elasticidades del peso (cantidad de kg) por colmena con respecto a los valores que toma cada variable explicativa; y miden el cambio porcentual en la producción por colmena (medida indirectamente a través del peso), debido a una variación del 1% en cada variable independiente.

En este apartado se pretende realizar dos tipos de análisis:

1. Revisar la adquisición de datos

2. Analizar la relación de producción de miel o abejas en función del peso total de la colmena.

En primer lugar, la adquisición de datos contó con una recolección cerca de los 14415 datos con un intervalo de un minuto. las variables tomadas en cuenta son: Humedad Relativa, Temperatura externa e interna de la colmena y Peso.

Figura 11
Análisis de Adquisición de Datos

Fuente: Elaboración Propia

Como se observa en la Figura 24, se puede constatar la relación coherente entre cada una de las variables tomadas y mencionadas anteriormente; y, se notan 3 características importantes

1. En horas de la noche la temperatura externa baja y la humedad relativa sube y en horas de la mañana dicha relación es inversa.

2. A pesar de que la temperatura externa cambie al igual que la humedad, la temperatura interna de la colmena se mantiene en el rango de 34,5°C a 36°C.

3. En tanto al peso, se puede visualizar pequeñas variaciones que presenta la colmena; debido a la entrada, salida y reproducción de abejas; así como la generación de miel y sus derivados.

En segundo lugar, con el objeto de analizar cuál es la relación de producción, se ejecuta el modelo MCO, teniendo como variable dependiente al peso de la colmena en función de la Humedad Relativa, Temperatura Externa e Interna

Resultado de estimación del modelo

Las pruebas realizadas en la apícola Grijalva, permitió verificar los diferentes valores del sistema de monitoreo de una colmena de abejas, la cual tuvo un tamaño de entre 5000 a 6000 abejas.

Al ejecutar el modelo MCO con la cantidad recolectada por el dispositivo, se obtuvieron las elasticidades que se muestran en el Tabla 3

Tabla 3
Modelo MCO de producción de miel a través del peso en la colmena

Fuente: Elaboración Propia

De acuerdo con la Tabla que se muestra anteriormente, se puede destacar lo siguiente:

1. Por cada 1% de variación de la Humedad, el peso cambia en 74.9g; para lo cual, se podría decir que la humedad es un factor ligado a la reproducción de abejas por su bajo nivel de influencia en el peso, dado que en promedio una abeja pesa 0,008 gramos.

2. Cuando la temperatura externa cambia en un 1%, la producción por colmena varía en 113.06 gramos. Con ello diríamos que también es un factor ligado a la reproducción de abejas por su bajo nivel.  

3. La variable más significativa la temperatura interna; ya que, por cada 1% de variación en dicho indicador, el peso cambia 2,15 Kg, siempre y cuando se encuentre en los valores o en el rango adecuados para la estabilidad de la colmena y que fluctúa entre 32°C a 36°C. Esta elasticidad nos permitiría inferir que esta es la variable dominante en la producción de miel por su alto componente cuantitativo.

Con la información obtenida a continuación se realiza una estimación de la cantidad de miel que se ha producido en el momento tomando en consideración los pesos iniciales del sistema y el valor máximo de la serie de datos recolectados.

Comprobación de producción de miel

Al inicio de la toma de datos se constató que el peso de la colmena vacía es de 5.2004 Kg. Además, al inicio de la implantación de las especies dentro la colmena podríamos decir que en conjunto tiene un peso de 40 gramos. La información se muestra en la Tabla siguiente:

Tabla 4
Datos Iniciales de la colmena

Datos Iniciales de la Colmena (Kg)
Marco 1	Marco 2	Marco 3	Marco 4	Tapa 1	Caja Vacía	Peso Inicial de las Abejas	TOTAL
0.4884	0.5027	0.4989	0.5074	0.6817	2.5213	0.04	5.2404

Fuente: Elaboración Propia

Por otro lado, en el punto máximo de la tendencia del peso total de la colmena, tenemos un valor de 5,9299 kg. Con estos datos y las elasticidades del modelo determinaremos indirectamente cual ha sido la producción de abejas y realizaremos una conclusión sobre el comportamiento de las variables tomando en cuenta que este es un sistema optimo y en el cual hemos visto que en el ambiente no se han generado cambios abruptos que permitiesen enfrentar condiciones de estrés a las abejas y su producción. 

A. Peso de la producción de miel y derivados: Luego entonces para deducir la producción de miel que se tuvo se escogerá el valor promedio de peso que se obtuvo en la recolección de datos el cual fue 5.9299 Kg y el peso inicial de la colmena 5.2004 kg.

B. Influencia de las variables en la reproducción de las abejas: Una vez calculado los datos que se muestran en la Tabla 3, se había inferido que la temperatura externa y la humedad podrían influir en la variación de las abejas por su bajo componente numérico. En ese sentido y considerando que la diferencia de las elasticidades de la temperatura y la humedad en función del peso se encuentra alrededor de 38,16 gramos

Es decir, asumiendo la estimación del modelo la temperatura externa influye sobre la reproducción y la humedad sobre la mortalidad de las abejas.

Utilizando una colmena tecnificada la revisión permitirá detectar oportunas necesidades de alimentación, de control de plagas o depredadores, condiciones que pueden ser causa de muerte de las abejas, su atención generará ahorros similares a lo señalado en el ejemplo; el beneficio será mayor si tomamos en cuenta que en el ejemplo hablamos de una sola colmena poblada y en un apiario promedio el apicultor coloca 25 de ellas y el costo señalado se reparte entre todas. En el estudio del costo beneficio aplicado en este apartado tiene la finalidad de buscar soluciones que permitan mitigar pérdidas en producción de alevines en relación con el costo de desarrollo del sistema de monitoreo, en la Tabla 5 se muestra a detalla la inversión utilizada en el proyecto.

Tabla 5
Inversión de una colmena tecnificada

Tipo de colmena	Inversión			Precio/Abejas
	# colmena	Por colmena	Apiario	Colmena	Apiario	TOTAL
Rústica	25	$ 60	$ 1500	$220	$5500	$280
Tecnificada	25	$ 163.5	$ 4087.5	$220	$5500	$383.5

Fuente: Elaboración Propia

El sistema de monitoreo con tecnología LoRa, ha logrado reducir pérdidas de abejas y a su vez económicas en la Apícola, en la Tabla 6 se muestra la implementación del sistema, permitiendo monitorear aproximadamente 6000 abejas, con una reducción en el primer mes 200 abejas y de $7.33 y en el cuarto mes de $29.32.

Tabla 6
Muertes y gastos por colmena

Descripción	MUERTES POR COLMENA
	Monitoreo	Por Colmena	Pérdida 1er Mes	Pérdida 4to Mes
Pérdidas por colmena abejas	NO	500	$18.33	$73.32
	SI	300	$11	$44
REDUCCCIÓN		200	$7.33	$29.32

Fuente: Elaboración Propia

Si el administrador desea implementar este sistema, en la Tabla 7 se realiza una proyección de pérdidas con una cantidad de 25 colmenas que tiene el apiario a monitorear, reduciendo pérdidas en el primer mes de $183.33y el cuarto mes de $733.32 dólares.

Tabla 7
Muertes y gastos en el Apiario (25 colmenas)

Descripción	MUERTES POR APIARIO
	Monitoreo	Por Apiario	Pérdida 1er Mes	Pérdida 4to Mes
Pérdidas con 12500 abejas	NO	12500	$ 458.33	$1833.32
	SI	7500	$275	$1100
REDUCCCIÓN		5000	$183.33	$733.32

Fuente: Elaboración Propia

Plazo de Recuperación Método de Payback

El método de payback es utilizado para evaluar inversiones en un determinado tiempo, permitiendo recuperar el capital inicial de la inversión.

Para que el sistema de monitoreo se aplique a todas las colmenas del apiario se necesita 25 nodos remotos, cada nodo remoto se estima en un valor de $163.5 dólares, resultando una inversión inicial de $4087.5, en la Tabla 7 se muestra la reducción de $733.32 en pérdidas si el sistema es aplicado a todo el apiario.

Tabla 8
Plazo de recuperación Payback

Inversión Inicial				Flujo de Caja
Mes Cero	Cuarto Mes	Octavo Mes	Doceavo Mes
-4087.5	$733.32	$1466.64	$2199.96
Retorno del Capital	$-3354.18	$ -1887.54	$ 312.42

Fuente: Elaboración Propia

El retorno de la inversión de $4087.5 se obtiene en 10 meses y 3 días para recuperar lo invertido, si se observa en la Tabla 8, desde el noveno mes al doceavo mes se tiene una ganancia de $312.42 dólares, por lo que la implementación de este sistema si es viable ya que hay un ahorro significativo en pérdidas económicas a la empresa.

DISCUSIÓN

El propósito fundamental de esta investigación fue establecer la importancia de impactos de correlación en la producción de miel, ya que como se ha podido visualizar a lo largo de este estudio la implementación de una red de sensores inalámbricos permite mejorar la eficiencia en la producción de miel. En la Tabla 2 y la Figura 10 se evidencia como gracias al monitoreo en tiempo real de parámetros como el peso de la colmena, se pueden identificar patrones de producción y tomar medidas para optimizar el rendimiento. Además, la detección temprana de problemas como la falta de alimento o la presencia de enfermedades permite una intervención oportuna para garantizar una mayor producción de miel. El control de estos parámetros Tabla 4, ayuda también a prevenir el estrés térmico y la proliferación de enfermedades, lo que a su vez contribuye a la salud y supervivencia de las abejas. Además, la detección temprana de la presencia de pesticidas u otros factores ambientales perjudiciales permite tomar medidas correctivas para proteger a las abejas. (Pizarro, 2023) Es por el monitoreo del peso de las colmenas, se podría determinar también cuándo sería necesario alimentar a las abejas, evitando desperdicios y optimizando el suministro de alimento. Para realizar estudios y análisis más detallados sobre el comportamiento de las abejas, la influencia de factores ambientales en su salud y la eficiencia de las prácticas de manejo.

La recopilación de los datos del Tabla 2 permiten contribuir al desarrollo de nuevas estrategias y técnicas para mejorar la apicultura. La tecnología de largo alcance (LoRa) utilizada en la red de sensores permite el monitoreo remoto de las colmenas. Esto significa que los apicultores pueden acceder a los datos en tiempo real desde cualquier ubicación a través de una plataforma en línea. Esto facilita la supervisión continua de las colmenas y la toma de decisiones basadas en información actualizada sin la necesidad de estar físicamente en el lugar; por ejemplo, los datos recopilados pueden ser procesados y almacenados en una base de datos para su análisis posterior. (Valencia, 2022) También es posible combinar la información de los sensores con imágenes de drones para obtener una visión más completa de las condiciones de las colmenas. Esta integración de diferentes tecnologías permite una gestión más eficiente y precisa de las colmenas.

Al contar con datos en tiempo real sobre el estado de las colmenas, los apicultores pueden tomar decisiones más precisas y oportunas, lo que puede reducir los gastos innecesarios y maximizar los recursos disponibles (Ivars, 2023). Además, la detección temprana de problemas y la adopción de medidas preventivas pueden evitar pérdidas económicas significativas, como se muestra en el Tabla 6. Para cubrir un mayor número de colmenas y, al mismo tiempo, personalizar los sensores para monitorear parámetros específicos de interés. Esto brinda flexibilidad y escalabilidad en la implementación de la tecnología, permitiendo que se adapte a diferentes condiciones y requerimientos individuales de los apicultores (Fontagro.org, 2022). Al monitorear de manera más precisa y eficiente las condiciones de las colmenas, se puede reducir el impacto ambiental y minimizar el uso de productos químicos y pesticidas (Castellanos, y otros, 2022). (Valencia, 2022) Además, al optimizar la producción de miel y asegurar la salud de las abejas, se promueve la viabilidad económica de los apicultores y se respalda la conservación de estos importantes polinizadores. Es por ello por lo que se determina a través de este estudio que el monitoreo de parámetros como la temperatura y la humedad puede ser valioso para el seguimiento de cultivos, invernaderos y sistemas de riego, abriendo oportunidades para la implementación de soluciones tecnológicas más amplias y colaborativas que beneficien a toda la industria agrícola.

Algunos desafíos incluyen el costo inicial de la tecnología, la necesidad de una infraestructura de red adecuada y la garantía de la seguridad y privacidad de los datos recopilados. Sin embargo, a medida que la tecnología avanza y se perfecciona, es probable que estos desafíos se superen y se logren mejoras continuas en la implementación y el uso de la red de sensores. Los datos recopilados y compartidos a través de la red de sensores pueden ser utilizados para informar y educar a las comunidades sobre el papel crucial de las abejas en la polinización y la producción de alimentos (Acosta , Díaz , León , Checa , & Delgado , 2024). Esto puede generar un mayor interés y apoyo hacia la protección de las abejas y la apicultura.

La utilización de sensores inalámbricos puede tener un impacto económico positivo en la apicultura como muestra el Tabla 6. Al optimizar los recursos y mejorar la eficiencia en la producción, se pueden obtener mayores rendimientos y reducir los costos de manejo como se ha evidenciado en el Tabla 8. Además, el acceso a datos en tiempo real y la capacidad de tomar decisiones basadas en información actualizada pueden ayudar a los apicultores a aprovechar oportunidades comerciales y adaptarse a los cambios en el mercado.

El sistema envía las alertas y notificaciones automáticas que se envían a los apicultores cuando se detectan cambios o situaciones anormales en las colmenas. Por ejemplo, si se registra una disminución en la actividad de las abejas o un aumento en la temperatura de la colmena, se enviará una alerta para que el apicultor pueda investigar y tomar las medidas necesarias. Esto garantiza una respuesta rápida ante situaciones críticas y ayuda a evitar pérdidas mayores.

Sin esta propuesta, el monitoreo y protección de la salud de las abejas se dificulta, además la polinización de plantas y cultivos no generan un impacto positivo en el equilibrio ecológico y la conservación de la biodiversidad. Finalmente, el paradigma anterior no permite reducir el uso de productos químicos y pesticidas, sin proteger el medio ambiente ni fomenta prácticas más sostenibles en la apicultura.

CONCLUSIONES

La implementación de tecnología LoRa en este proyecto proporciona una forma eficiente de monitorear las colmenas de abejas, permitiendo detectar cambios tanto en el entorno externo como interno de las colmenas.

El análisis de los datos recopilados y la aplicación de modelos en el sistema electrónico de monitoreo ofrecen una base sólida para la toma de decisiones y la implementación de acciones en el manejo de las colmenas.

El uso de hardware y software libre en el desarrollo de sistemas electrónicos brinda oportunidades para crear dispositivos asequibles y accesibles que contribuyen al sector apícola.

Mediante la realización de pruebas de funcionamiento y el monitoreo de variables en las colmenas, se pueden establecer patrones de crecimiento de las abejas y obtener un historial digitalizado, lo cual facilita el seguimiento y la evaluación de la salud y la productividad de las colmenas.

El monitoreo de las colmenas a través de la tecnología LoRa y el análisis de datos permite identificar tendencias y patrones que ayudan a comprender mejor el comportamiento de las abejas y a tomar medidas preventivas para su protección.

El desarrollo de sistemas electrónicos de monitoreo en la apicultura proporciona una herramienta eficaz para la gestión y el mantenimiento de las colmenas, mejorando la productividad y la salud de las abejas.

La implementación de tecnología en la apicultura no solo facilita el monitoreo de las colmenas, sino que también promueve la adopción de prácticas sostenibles y respetuosas con el medio ambiente en la industria apícola.

La recopilación y el análisis de datos en tiempo real a través de sistemas electrónicos de monitoreo permiten una toma de decisiones más rápida y precisa, lo que proporciona beneficios tanto económicos como ambientales en la apicultura.

Conflicto de interés

Los autores no tienen conflictos de interés

Financiación

Este proyecto no contó con ninguna fuente de financiación

Responsabilidades Éticas

El proyecto fue aprobado por el comité de ética de la institución.

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