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181
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTÓNOMO CONTROLADO CON ARDUINO Y ALIMENTADO POR ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA PROYECTO DE TITULACIÓN Previa a la obtención del Título de: INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES AUTORES: MARTILLO FRANCO BLANCA AZUCENA SUAREZ GANAN CAROLINA EVELYN TUTOR: ING. JACOBO ANTONIO RAMIREZ URBINA GUAYAQUIL ECUADOR 2018

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTÓNOMO

CONTROLADO CON ARDUINO Y ALIMENTADO

POR ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

PROYECTO DE TITULACIÓN

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

AUTORES:

MARTILLO FRANCO BLANCA AZUCENA

SUAREZ GANAN CAROLINA EVELYN

TUTOR:

ING. JACOBO ANTONIO RAMIREZ URBINA

GUAYAQUIL – ECUADOR

2018

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REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS

TÍTULO: ¨DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTONOMO CONTROLADO CON

ARDUINO Y ALIMENTADO POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA”

REVISORES:

INSTITUCIÓN: Universidad

de

Guayaquil

FACULTAD: Ciencias Matemáticas y

Físicas

CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones

FECHA DE PUBLICACIÓN: N° DE PÁGS.:

ÁREA TEMÁTICA: Investigación

PALABRAS CLAVES: Diseño, Sistema de riego, Arduino, Energía solar

fotovoltaica

RESUMEN: Este proyecto se basa en realizar el diseño de un sistema de riego

autónomo mediante el uso de sensores y la energía solar fotovoltaica para brindar

una solución a la Parroquia Guale que cuenta con escasez de agua.

N° DE REGISTRO: N° DE CLASIFICACIÓN:

DIRECCIÓN URL (TESIS EN LA WEB):

ADJUNTO PDF X

SI

NO

CONTACTO CON

AUTORES:

Blanca Azucena Martillo

Franco

Carolina Evelyn Suárez

Ganán

TELÉFONO: 0989995523 0980861005

E-MAIL:

[email protected]

[email protected]

CONTACTO DE LA

INSTITUCIÓN:

Víctor Manuel Rendón entre

Baquerizo Moreno y

Córdova.

NOMBRE: Ab. Juan Chávez Atocha.

TELÉFONO:

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III

CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del trabajo de

investigación, “DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTÓNOMO

CONTROLADO CON ARDUINO Y ALIMENTADO POR ENERGÍA

SOLAR FOTOVOLTAICA” elaborado por la Srta. Martillo Franco

Blanca Azucena y Suárez Ganán Carolina Evelyn, alumnos no titulados

de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la

Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de

Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en Networking y

Telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber orientado,

estudiado y revisado, la apruebo en todas sus partes.

Atentamente,

______________________________________

ING. JACOBO ANTONIO RAMIREZ URBINA

TUTOR

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IV

DEDICATORIA

Dedico este trabajo de titulación a

Dios por darme vida, salud, sabiduría

y fuerza, por permitirme llegar hasta

este momento, por siempre estar ahí

cuando más lo necesitaba y darme

ese empujón para seguir adelante.

A mi familia por darme consejos, por

apoyarme en cada paso que doy en

mi vida y confiar en mí. Quiero

demostrarle a mi familia que puedo

lograr mucho más y que aún tengo

muchas metas por cumplir.

Carolina Evelyn Suárez Ganán

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V

DEDICATORIA

Este proyecto está dedicado al Dios

de la sabiduría, quien me ha otorgado

el entendimiento y me ha concedido

las fuerzas necesarias para llegar a

esta etapa de mi vida.

A mi familia quien ha sido para mí un

pilar fundamental, cada consejo sentó

en mí el deseo de superación, de

responsabilidad, de dedicación y

constancia para alcanzar mis anhelos.

Cada esfuerzo sin duda alguna tiene

su recompensa.

Blanca Azucena Martillo Franco

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VI

AGRADECIMIENTO

A Dios, por bendecirme y por

permitirme demostrar mis

conocimientos de aprendizaje en

todo este tiempo. A mis padres por

apoyarme en toda esta etapa de la

universidad con los recursos

económicos y por brindarme toda su

confianza.

A mis compañeros de clase por esos

momentos de alegría, disciplina,

apoyo en momentos difíciles y

dedicación en los estudios. A los

docentes por proporcionar sus

conocimientos en la materia,

consejos y respeto.

Carolina Evelyn Suárez Ganán

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VII

AGRADECIMIENTO

Mi más profundo

agradecimiento va dirigido a quien ha

forjado mi camino, me ha

acompañado en todas las etapas de

mi vida y nunca me ha abandonado,

es Dios, mi más grande inspiración.

A mis padres Oswaldo Martillo

Aguilar, España Franco Catagua y

familia en general por su gran apoyo

moral, espiritual, económico e

incondicional, sin ellos mis logros no

serían posibles.

A mis maestros que me han

compartido sus conocimientos,

anécdotas, experiencia laborales y

con sus palabras me alentaron a

seguir adelante. Agradezco a mi tutor

el ING. Jacobo Ramírez por su

paciencia, aportación y guía durante

todo el desarrollo de la tesis. A mis

compañeros de clases, solo me queda

decirles gracias por su valiosa

amistad, sus palabras han aportado

en mí un alto porcentaje de seguir

luchando para terminar mi carrera.

Blanca Azucena Martillo Franco

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VIII

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN

Ab. Juan Chávez Atocha, Esp SECRETARIO TITULAR

Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Sc DECANO DE LA FACULTAD

CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICA

Ing. Harry Luna Aveiga, M. Sc DECANO DE LA CARRERA DE

INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

Ing. Silvia Medina Anchundia, MBA PROFESOR REVISOR DEL ÁREA

TRIBUNAL

Ing. Roberto Crespo Mendoza, MSIG. PROFESOR REVISOR DEL ÁREA

TRIBUNAL

Ing. Jacobo Ramírez Urbina PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO

DE TITULACION

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IX

DECLARACIÓN EXPRESA

“La responsabilidad del contenido de

este Proyecto de Titulación, me

corresponden exclusivamente; y el

patrimonio intelectual de la misma a

la Universidad de Guayaquil”.

Blanca Azucena Martillo Franco

Carolina Evelyn Suárez Ganán

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X

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTÓNOMO

CONTROLADO CON ARDUINO Y ALIMENTADO POR ENERGÍA

SOLAR FOTOVOLTAICA

Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el

título de:

INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

AUTORES:

MARITLLO FRANCO BLANCA AZUCENA

C.I.: 0926122680

SUAREZ GANAN CAROLINA EVELYN

C.I.: 0951251883

TUTOR: ING. JACOBO ANTONIO RAMIREZ URBINA

Guayaquil, Agosto de 2018

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XI

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo

Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de

Guayaquil.

CERTIFICO:

Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por los estudiantes

MARTILLO FRANCO BLANCA AZUCENA y SUAREZ GANAN CAROLINA

EVELYN, como requisito previo para optar por el título de Ingeniero en Networking

y Telecomunicaciones cuyo tema es:

“DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTÓNOMO CONTROLADO

CON ARDUINO Y ALIMENTADO POR ENERGIA SOLAR

FOTOVOLTAICA”.

Considero aprobado el trabajo en su totalidad

Presentado por:

MARTILLO FRANCO BLANCA AZUCENA C.I.: 0926122680

SUAREZ GANAN CAROLINA EVELYN C.I.: 0951251883

Tutor:

ING. JACOBO ANTONIO RAMIREZ URBINA

Guayaquil, Agosto de 2018

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XII

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN

Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato

Digital

1. Identificación del Proyecto de Titulación:

Nombre del Alumno: Blanca Azucena Martillo Franco

Dirección: Guasmo Sur Coop. Miami Beach Mz. J11 Sl.1

Teléfono: 3180010 E-Mail: [email protected]

Nombre del Alumno: Carolina Evelyn Suárez Ganán

Dirección: Cdla. El Recreo 4ta etapa MZ 411 V6

Teléfono: 0980861005 E-Mail: carolina-

[email protected]

Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas

Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones

Título al que opta: Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones

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XIII

Profesor Guía: Ing. Jacobo Antonio Ramírez Urbina

Título del Proyecto de Titulación: Diseño de un Sistema de riego

autónomo controlado con Arduino y Alimentado por energía solar

fotovoltaica.

Tema del Proyecto de Titulación: Diseño, Sistema de riego, Arduino,

Energía Solar fotovoltaica.

2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto

de Titulación.

A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de

Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar

la versión electrónica de este Proyecto de titulación.

Publicación Electrónica:

Inmediata: Después de 1 año:

Firma Alumnos:

3. Forma de envío:

El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como

archivo .Doc. o .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen

pueden ser: .Gif, .Jpg o .TIFF.

DVD-ROM CD-ROM

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XIV

Contenido

CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR ............................................................ III

DEDICATORIA ................................................................................................... IV

DEDICATORIA .................................................................................................... V

AGRADECIMIENTO ........................................................................................... VI

AGRADECIMIENTO .......................................................................................... VII

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN ....................................................... VIII

DECLARACIÓN EXPRESA ................................................................................ IX

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR ................................................. XI

AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN ............................................................ XII

ABREVIATURAS ........................................................................................... XVIII

SIMBOLOGÍA ................................................................................................ XVIII

INDICES DE TABLAS ...................................................................................... XIX

INDICE DE GRAFICOS ................................................................................... XXI

RESUMEN ..................................................................................................... XXIV

ABSTRACT..................................................................................................... XXV

INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1

CAPÍTULO I ......................................................................................................... 3

EL PROBLEMA ................................................................................................... 3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................. 3

Ubicación del problema en un contexto ............................................................ 3

Situación Conflicto. Nudos Críticos................................................................... 4

Causas y Consecuencias del Problema ........................................................... 5

Delimitación del Problema ................................................................................ 5

Formulación del Problema ................................................................................ 6

Planteamiento .................................................................................................. 6

Evaluación del Problema .................................................................................. 6

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XV

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................. 7

Alcances del problema ..................................................................................... 8

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA ................................................................. 8

CAPÍTULO II ........................................................................................................ 9

MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 9

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO .................................................................... 9

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ........................................................................ 10

Sistema de riego ............................................................................................ 11

Necesidad del riego ........................................................................................ 11

Efectos por falta o exceso del agua ................................................................ 11

Factores determinantes .................................................................................. 12

Tipos de cultivos............................................................................................. 12

Cultivo del tomate ........................................................................................... 12

Necesidades del suelo ................................................................................... 13

Inversión ........................................................................................................ 13

Métodos de riego ............................................................................................ 14

Riego por goteo .............................................................................................. 15

Comparación de métodos de riego ................................................................. 16

Componentes del Riego por goteo ................................................................. 17

El agua ........................................................................................................... 23

Energía eléctrica ............................................................................................ 23

Energía solar fotovoltaica ............................................................................... 23

Sistema de riego autónomo ............................................................................ 27

Impacto de la tecnología ................................................................................ 28

Shield Ethernet ............................................................................................... 30

Módulo Relé ................................................................................................... 31

Sensor de lluvia .............................................................................................. 32

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XVI

Sensor Ultrasónico ......................................................................................... 33

Sensor de humedad de tierra ......................................................................... 34

Modelos Desarrollados De Sistemas De Riego .................................................. 34

Fundamentación social................................................................................... 35

Fundamentación legal .................................................................................... 36

HIPÓTESIS........................................................................................................ 38

VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 38

DEFINICIONES CONCEPTUALES ................................................................... 39

CAPITULO III ..................................................................................................... 40

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................ 40

DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ..................................................................... 40

Modalidad de la investigación......................................................................... 40

Tipo de investigación ...................................................................................... 40

Investigación de campo .................................................................................. 41

POBLACIÓN Y MUESTRA ................................................................................ 41

Población ....................................................................................................... 41

INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS .......................................... 42

TÉCNICA DE CAMPO ....................................................................................... 42

1. Entrevista ................................................................................................... 42

Análisis de la entrevista .................................................................................. 43

2. Entrevista ................................................................................................... 43

Análisis de la entrevista .................................................................................. 44

Técnica empleada para los agricultores ......................................................... 44

Encuesta ........................................................................................................ 44

Recolección de la información ........................................................................ 44

Encuestas a los agricultores de la Parroquia Guale ....................................... 44

PROCESAMIENTO Y ANALISIS DE LAS ENCUESTAS ................................... 45

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XVII

INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LAS ENCUESTAS ................ 45

Análisis de las encuestas ............................................................................... 45

ANALISIS GENERAL ......................................................................................... 53

VALIDACIÓN DE HIPÓTESIS ........................................................................... 53

ANALISIS DE LOS RESULTADOS .................................................................... 54

COMPARACIÓN DE ELEMENTOS ................................................................... 57

ANALISIS Y DISEÑO ......................................................................................... 67

CAPITULO IV .................................................................................................. 127

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 127

Bibliografía ....................................................................................................... 129

ANEXOS .......................................................................................................... 134

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XVIII

ABREVIATURAS

TTL Tiempo de vida (Time to live)

RX Serial de entrada (Serial IN)

TX Serial de salida (Serial Out)

SPI Serial Peripheral Interface

TCP Protocolo de transmisión (Transmission Control Protocol)

UDP Protocolo de datagramas de usuario (User Datagram Protocol)

IP Dirección IP

PoE Power over Ethernet

PE Polietileno reticulado

PVC Policloruro de vinilo no plastificado

SIMBOLOGÍA

m Tamaño de la población

e Error de estimación

n Tamaño de la muestra

f Fracción muestral

cm Centímetros

c Centígrados

vwc Contenido de agua

Voc Voltaje de Circuito Abierto

Vmp Voltaje en Máxima Potencia

Isc Intensidad por Corto-Circuito

Imp Intensidad en Máxima Potencia

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XIX

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Causas y consecuencias de los problemas de riego ............................... 5

Tabla 2 Comparación de Métodos de riego ....................................................... 16

Tabla 3 Variables de la investigación ................................................................. 38

Tabla 4 Resultados de la pregunta 1 ................................................................. 46

Tabla 5 Resultados de la pregunta 2 ................................................................. 47

Tabla 6 Resultados de la pregunta 3 ................................................................. 48

Tabla 7 Resultados de la pregunta 4 ................................................................. 49

Tabla 8 Resultados de la pregunta 5 ................................................................. 50

Tabla 9 Resultados de la pregunta 6 ................................................................. 51

Tabla 10 Resultados de la pregunta 7................................................................ 52

Tabla 11 Equipos de bombeo ............................................................................ 57

Tabla 12 Tuberías .............................................................................................. 58

Tabla 13 Cables ................................................................................................. 59

Tabla 14 Comparación de tipos de paneles ....................................................... 60

Tabla 15 Comparación de baterías .................................................................... 61

Tabla 16 Comparación de reguladores .............................................................. 62

Tabla 17 Comparación de inversores................................................................. 63

Tabla 18 Comparación de sensores de lluvia ..................................................... 64

Tabla 19 Comparación de sensores ultrasónicos ............................................... 65

Tabla 20 Comparación de Sensores de tierra .................................................... 66

Tabla 21 Pares del cable de red ........................................................................ 85

Tabla 23 Total de metros para la caja principal .................................................. 86

Tabla 24 Total de metros para las cajas secundarias ........................................ 87

Tabla 25 Total en metros para las tuberías ........................................................ 88

Tabla 26 Recursos Técnicos .............................................................................. 91

Tabla 27 Recursos técnicos de hardware .......................................................... 91

Tabla 28 Recursos técnicos de software ............................................................ 91

Tabla 29 Comparación de costos de electrobomba ........................................... 93

Tabla 30 Comparación de costos de filtros ........................................................ 94

Tabla 31 Comparación de costos de tuberías .................................................... 95

Tabla 32 Comparación de costos de bobinas .................................................... 96

Tabla 33 Comparación de costos de paneles solares 12v ................................. 97

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XX

Tabla 34 Comparación de costos de paneles solares 6v ................................... 98

Tabla 35 Comparación de costos de baterías AGM 12v .................................... 99

Tabla 36 Comparación de costos de baterías AGM 6v .................................... 100

Tabla 37 Comparación de costos de reguladores ............................................ 101

Tabla 38 Comparación de costos de los inversores ......................................... 102

Tabla 39 Comparación de costos de sensores de lluvia .................................. 103

Tabla 40 Comparación de costos de sensores ultrasónicos ............................. 104

Tabla 41 Comparación de costos de sensores de tierra .................................. 105

Tabla 42 Presupuesto Total ............................................................................. 106

Tabla 43 Presupuesto del prototipo ................................................................. 141

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XXI

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1 Ubicación de la Parroquia Guale .......................................................... 4

Gráfico 2 Riego por goteo .................................................................................. 15

Gráfico 3 Componentes de sistema de riego por goteo ..................................... 17

Gráfico 4 Reservorio o fuente de agua ............................................................... 18

Gráfico 5 Filtro de malla ..................................................................................... 19

Gráfico 6 Tanque de fertilizantes ....................................................................... 20

Gráfico 7 Tuberías ............................................................................................. 20

Gráfico 8 Válvulas .............................................................................................. 21

Gráfico 9 Emisores o goteros ............................................................................. 22

Gráfico 10 Función del panel solar ..................................................................... 24

Gráfico 11 Proceso ............................................................................................ 25

Gráfico 12 Instalación de energía solar fotovoltaica ........................................... 26

Gráfico 13 Arduino due ...................................................................................... 28

Gráfico 14 Arduino Mega ................................................................................... 29

Gráfico 15 Arduino UNO .................................................................................... 30

Gráfico 16 Shield Ethernet ................................................................................. 31

Gráfico 17 Módulo Rele ..................................................................................... 32

Gráfico 18 Sensor DHT11 .................................................................................. 32

Gráfico 19 Sensor Ultrasónico ........................................................................... 33

Gráfico 20 Sensor de tierra ................................................................................ 34

Gráfico 21 Porcentajes de los resultados de la pregunta 1 ................................ 46

Gráfico 22 Porcentajes de los resultados de la pregunta 2 ................................ 47

Gráfico 23 Porcentajes de los resultados de la pregunta 3 ................................ 48

Gráfico 24 Porcentajes de los resultados de la pregunta 4 ................................ 49

Gráfico 25 Porcentajes de los resultados de la pregunta 5 ................................ 50

Gráfico 26 Porcentajes de los resultados de la pregunta 6 ................................ 51

Gráfico 27 Porcentajes de los resultados de la pregunta 7 ................................ 52

Gráfico 28 Ejemplo del área ............................................................................... 56

Gráfico 29 Cantidad de sensores ....................................................................... 70

Gráfico 30 Diagrama de bloques ........................................................................ 74

Gráfico 31 Funcionamiento del Arduino con la PC ............................................. 75

Gráfico 32 Funcionamiento del Arduino con el ultrásonico ................................. 75

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XXII

Gráfico 33 Funcionamiento del Arduino con el sensor de tierra ......................... 76

Gráfico 34 Funcionamiento del Arduino con el sensor de lluvia ......................... 76

Gráfico 35 Conexión del Arduino due con el servidor ......................................... 77

Gráfico 36 Conexión de los arduinos ................................................................. 78

Gráfico 37 Conexión del Arduino Due al ultrasónico .......................................... 79

Gráfico 38 Conexión del Arduino Mega al sensor de lluvia ................................ 80

Gráfico 39 Conexión del Arduino Due al sensor de tierra ................................... 81

Gráfico 40 Conexión de elementos al arduino mega .......................................... 82

Gráfico 41 Conexión de elementos al arduino due ............................................. 83

Gráfico 42 Medidas del área .............................................................................. 84

Gráfico 43 Dimensionamiento del área .............................................................. 85

Gráfico 44 Cableado .......................................................................................... 86

Gráfico 45 Cajas secundarias ............................................................................ 86

Gráfico 46 Medidas para las tuberías................................................................. 88

Gráfico 47 Ubicación de emisores ..................................................................... 89

Gráfico 48 Ubicación de la válvula ..................................................................... 89

Gráfico 49 Servidor .......................................................................................... 107

Gráfico 50 Diagrama de bloques del prototipo ................................................. 108

Gráfico 51 Conexión del sensor de lluvia al Arduino servidor ........................... 109

Gráfico 52 Conexión del sensor ultrasónico al Arduino cliente ......................... 110

Gráfico 53 Flujo del sensor ultrasónico ............................................................ 111

Gráfico 54 Conexión del sensor de tierra al Arduino cliente ............................. 112

Gráfico 55 Flujo del sensor de tierra ................................................................ 113

Gráfico 56 Conexión del lcd al Arduino cliente ................................................. 114

Gráfico 57 Conexión del relé al Arduino ........................................................... 115

Gráfico 58 Flujo del relé ................................................................................... 116

Gráfico 59 Conexión de los Arduinos .............................................................. 117

Gráfico 60 Prototipo ......................................................................................... 119

Gráfico 61 Área del prototipo ........................................................................... 119

Gráfico 62 Prueba de error .............................................................................. 121

Gráfico 63 Admin ............................................................................................. 122

Gráfico 64 Inicio ............................................................................................... 122

Gráfico 65 Gráficas .......................................................................................... 123

Gráfico 66 Manual............................................................................................ 123

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Gráfico 67 Resultados del ultrasónico .............................................................. 124

Gráfico 68 Resultados del sensor de tierra ...................................................... 125

Gráfico 69 Base de datos de los sensores ....................................................... 126

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTÓNOMO CONTROLADO CON

ARDUINO Y ALIMENTADO POR ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA.

Autores: Martillo Franco Blanca Azucena, Suárez Ganán Carolina Evelyn

Tutor: Ing. Jacobo Antonio Ramírez Urbina

RESUMEN

La finalidad del proyecto es realizar un diseño de un sistema de riego autónomo

para la Parroquia Guale Del Cantón Paján ubicado en la Provincia De Manabí.

Los problemas del lugar es la escasez de agua para el riego de sus cultivos y el

alto consumo de energía eléctrica causados por los equipos de bombeo utilizados

por los agricultores. Se realiza el estudio del terreno para conocer las

características del mismo y así tener conocimiento de cuál es la mejor forma de

llevar al campo un proyecto de esta categoría. Este sistema de riego será

alimentado por energía solar fotovoltaica, usará sensor de lluvia, sensor

ultrasónico y sensor de tierra que emitirán señales determinando los momentos

en los que nuestro sistema deba ser rociado. Todo esto está configurado con el

software del Arduino que será el interpretador de estas señales y quien mande de

manera autónoma a ejecutar una acción. Se realiza un presupuesto de los

productos que se usarán para ejecutar el proyecto tomando en cuenta precio y

calidad de esta forma determinando cuáles son los mejores y los más aptos para

un sistema de riego.

Palabras Claves: Sistema de Riego, Arduino, Energía Solar fotovoltaica

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

DESIGN OF A SYSTEM OF IRRIGATION AUTONOMOUS ARDUINO

CONTROLLED AND POWERED BY PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY.

Author: Martillo Franco Blanca Azucena, Suárez Ganán Carolina Evelyn

Advisor: Ing. Jacobo Antonio Ramírez Urbina

ABSTRACT

The purpose of the project is to design a system of autonomous irrigation for the

Guale Parish of Paján Canton located in the Province of Manabí. The problems of

the place are the scarcity of water for irrigation of their crops and the high

consumption of electrical energy caused by the pumping equipment used by

farmers. The study of the land is done to know their characteristics and Know

which is the best way to implement a project of this category. This system is

powered by photovoltaic solar energy, uses rain sensor, ultrasonic sensor and

ground sensor that will emit signals determining the moments in which our system

should be sprayed. All this is configured with the Arduino software that is the

interpreter of these signals and who sends autonomously to execute an action. A

budget is made of the products used for the project, taking into account the price

and quality of this form, determining the best and most suitable for an irrigation

system.

Keywords: Irrigation system, Arduino, Photovoltaic Solar energy, senso

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1

INTRODUCCIÓN

Uno de los recursos más importantes que se tiene es el agua. En la agricultura es

indispensable, sin ella no se podría lograr que nuestras semillas broten, se

desarrolle la planta y de buenos frutos. En muchos lugares apartados los recursos

básicos no son tan accesibles para poder llevar a cabo una buena cosecha.

El proyecto se basa en un sistema de riego que ayude en la adecuada

administración del agua en la escasez que se tiene en la Parroquia Guale, que

sea de manera equitativa, sin ningún desperdicio. Así mismo se tendrá el beneficio

de la tecnología para el cuidado de las siembras con el uso de sensores qué

ayudará a monitorear la humedad de la tierra, de tal manera que indique en que

momento las plantas necesitarían ser regadas.

Otras de las anomalías que tienen los habitantes de este lugar es que en cualquier

momento podrían estar sin energía eléctrica. Para contar con un sistema de riego

autónomo se necesita de la electricidad, que le dará funcionamiento al sistema,

para eso se hace uso de un sistema de energía solar fotovoltaica. Un sistema de

energía solar fotovoltaica es un panel solar que capta la radiación del sol, es decir

que convierte esta radiación en electricidad y de esta manera se puede alimentar

un sistema de riego.

La inversión para un sistema de riego Autónomo en principio puede verse como

algo inalcanzable; pero es bien recompensado debido a la disminución de

recursos a largo plazo y el resultado del producto que tendrán sus cosechas.

La importancia de este proyecto es desarrollar el diseño de un sistema de riego

autónomo, que ayude a la distribución del agua en la parroquia Guale, debido a la

escasez que existe en ese territorio.

Esta investigación está desarrollada en cuatro capítulos que describen los

procesos que se ha llevado a cabo, para llegar al resultado final del proyecto.

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2

Capítulo I: Se detalla la problemática, objetivos y alcances.

Capítulo II: Se encuentra los antecedentes del estudio en el cual se basa

el proyecto, así como su fundamentación legal y las definiciones

conceptuales que facilitan la comprensión de las diversas terminologías

usadas en el proyecto.

Capítulo III: Se detalla los análisis de factibilidad del prototipo, la

metodología que se utilizó para llevar a cabo esta investigación, las

encuestas realizadas que apoyan la realización del proyecto y las etapas

de desarrollo del sistema de riego autónomo.

Capítulo IV: Se describe las conclusiones y recomendaciones.

Al término de la investigación se describen las conclusiones, se detallan las

recomendaciones e incluyen anexos que nos ayuda a potenciar el

conocimiento obtenido mediante este trabajo de titulación.

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CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Ubicación del problema en un contexto

En la Provincia de Manabí del Cantón Paján se encuentra la Parroquia Guale, allí

hay una finca llamada Puerto Real donde la mayor parte de sus productores se

destaca en la actividad agrícola. Sus tierras son fértiles para sembrar variedades

de productos, pero presenta carencia de agua.

En estos lugares es muy complicado tener el recurso del agua para regar sus

cosechas, es más, muchos esperan tener torrenciales lluvias para comenzar a

sembrar y tener una producción medianamente buena, pero, cuando no llueve

baja la economía y hay muchas pérdidas en la producción de insumos.

En vista de escases de agua se puede beneficiar con el diseño de un sistema de

riego, ya que en Babahoyo este mecanismo ha favorecido a estos sectores,

poniendo un alto a este tipo de inconveniente, generando un mejor cuidado de los

sembríos, distribución del agua, abastecimiento de energía, ahorro de tiempo, no

dependería de mucha mano de obra, mejor economía y un buen producto final.

El Plan de Desarrollo y Ordenamiento Territorial indica qué hay déficit del 85% en

abastecimiento de agua, el cuál es necesario implementar un sistema de riego

para las plantaciones. Por otra parte el servicio de energía eléctrica no satisface

las necesidades de los habitantes por causa de constantes apagones, por lo tanto

es de mucha ayuda la energía solar fotovoltaica.

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4

Gráfico 1 Ubicación de la Parroquia Guale

Fuente: (Plan de desarrollo y Ordenamiento territorial, 2018)

Elaborado por: (Plan de desarrollo y Ordenamiento territorial, 2018)

La gráfica 1 indica que la Parroquia rural de Guale está localizada al sureste de

la provincia de Manabí en el Litoral Ecuatoriano. Se encuentra limitado al norte

por la parroquia rural Lascano, al sur por las parroquias rurales Pedro Carbo y

Valle de la Virgen, al este por la parroquia rural Campozano y al oeste por la

parroquia rural San Jacinto.

Situación Conflicto. Nudos Críticos

Un problema muy común en los lugares lejanos es la escasez del agua, para tener

acceso de agua, se tiene un rio que queda un poco distante para su traslado hacia

el cultivo, tomando en cuenta que en estos lugares necesitan de mano de obra

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para el cuidado de las plantas. La energía eléctrica es otro de los factores que se

tiene en contra ya que es muy elevado el costo.

Causas y Consecuencias del Problema

Tabla 1 Causas y consecuencias de los problemas de riego

Fuente: Datos de la investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Delimitación del Problema

Campo: Relacionado con el desarrollo tecnológico.

Área: Calidad y gestión de cultivos.

Aspectos: Los aspectos en relación al desarrollo de un diseño de un sistema de

riego autónomo que permitirá transportar el agua directamente al pie de cada

planta el cual resulta más práctico para zonas con escases de agua.

Tema: Diseño de un sistema de riego autónomo controlado con Arduino y

alimentado por energía solar fotovoltaica.

CAUSAS CONSECUENCIAS

Escases de agua Pérdidas de cultivos.

Energía eléctrica Altos consumo de energía.

Mal sistema de riego Excesivo consumo de recurso

hídrico

Descuidada vigilancia de los

cultivos

Perdida de cultivos por exceso de

agua.

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Formulación del Problema

En la Parroquia Guale Del Cantón Paján ubicado en la Provincia De Manabí, no

cuenta con un sistema de riego, la falta de economía, el poco conocimiento ha

ocasionado que no se les de buen uso a las tierras haciéndolas menos productiva,

esta situación nos lleva a realizar un diseño que pueda solucionar la escases de

agua y a su vez se pueda distribuir mejor este recurso vital en las plantaciones.

¿Cómo debe ser el diseño de un sistema de riego autónomo que pueda beneficiar

a la Parroquia Guale?

Planteamiento

En lugares apartados y con pocos servicios básicos es complicado mantener

activo los campos de cultivos y demás superficies con plantaciones a gran escala;

el agua es uno de los factores más importantes dentro de este proceso, sin agua

no habría cultivo.

Para poder satisfacer este inconveniente se requiere grandes cantidades de agua,

por lo cual se debe llevar un control para la administración de manera eficiente

para el suministro de servicios.

Evaluación del Problema

Delimitado: Los escases de agua en la Parroquia Guale Del Cantón Paján

ubicado en la Provincia De Manabí afecta constantemente el área de las plantas.

Claro: No cuenta con el suministro de agua constante que sea estable para

abastecer las plantas.

Evidente: Al contar con herramientas tecnológicas esto pueda mejorar

distribución del agua, la energía eléctrica no sería un riesgo para el funcionamiento

del sistema de riego y disminuiría la necesidad de mano de obra constante.

Relevante: Es importante porque ayuda abrir nuevos surcos en la economía.

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Original: En el lugar donde se desarrolla el proyecto no existe un sistema

autónomo de riego.

Factible: Cubre aspectos que ayudan a mejorar la escasez del agua si se la

administra de manera correcta, disponibilidad de usar energía eléctrica y la

energía solar fotovoltaica y ganar administración de recursos de tiempo.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

Objetivo General

Realizar el diseño de un sistema de riego autónomo con Arduino y alimentado por

energía solar fotovoltaica para solucionar el problema que tienen los sembríos en

lugares con escases de agua.

Objetivos Específicos

1. Establecer las variables presentes de un sistema de riego para conocer los

puntos importantes que se tienen que considerar.

2. Determinar un método de sistema de riego para la zona.

3. Definir los elementos del sistema de riego autónomo, para elegir los

equipos aptos que se requieren para el buen funcionamiento del mismo.

4. Seleccionar un sistema de energía solar fotovoltaica para el sistema de

riego, de modo que pueda ser conveniente para los agricultores.

5. Describir un diseño de riego autónomo y elaborar un prototipo para

demostrar el funcionamiento del sistema.

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Alcances del problema

El presente estudio brinda una propuesta de un diseño de sistema de riego

autónomo para la Parroquia Guale. Sus respectivos alcances son:

Realizar una encuesta, para conocer la situación actual de la parroquia.

Presentar un presupuesto de los materiales del diseño de un sistema de

riego autónomo para media hectárea.

Mostrar los valores que proporcionan los sensores a través del sitio web

de manera local.

Utilizar PHPMyAdmin para la base de datos, que solo tendrá acceso el

administrador.

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

Los sistemas de riego son muy comunes en nuestro país, pero tener a disposición

este mecanismo puede convertirse en un problema para algunos productores,

debido a los grandes costos que estos alcanzan. Cada vez que la tecnología

avanza resulta conveniente el aprender a usar las herramientas que hay al alcance

para dar control a todo este desperdicio de recursos que lo único que generan es

gastos innecesarios.

El lugar donde se lleva a cabo el estudio no se ha implementado un sistema de

riego por falta de conocimiento y falta de financiamiento, por lo tanto se va a

desarrollar una investigación de campo, para definir cuál sería la mejor opción

para implementar un sistema de riego acorde a las limitaciones del lugar. Una de

las ventajas de los sistemas de riego autónomo es fácil de manejar y cubre una

gran cantidad de agua para las plantas cultivadas en el terreno.

Se plantea un diseño para la Parroquia Guale del cantón Paján Provincia de

Manabí y en base a esto se va a realizar el prototipo de un sistema que podría

beneficiar a los cultivos que se ven afectados por los escases de agua

favoreciendo a los agricultores de la población.

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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

El estudio de un diseño de sistema de riego autónomo controlado y alimentado

por energía solar fotovoltaica es beneficiar a los agricultores con escasez de agua,

por eso se va a definir la importancia de un sistema de riego, beneficios, usos de

la tecnología, los elementos correspondiente de riego y esquemas. Para llevar a

cabo este caso se va a requerir metodologías para la respectiva información.

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO

En los antecedentes se muestran temas relacionados al sistema de riego realizado

anteriormente.

El trabajo de investigación denominado ̈ Diseño e Implementación de un Sistema

De Riego Automatizado y Controlado de forma inalámbrica para una finca ubicada

en el Sector Popular De Balerio Estacio ¨. (Cuzco, 2013 #17)

En el ¨Sector Popular de Balerio Estacio¨ se logró identificar las anomalías en

dicho lugar que era el desperdicio de agua, dando asi una posible solución que

es la automatización de un sistema de riego y a su vez mejorar las cosechas de

los productos de consumo. Siendo beneficiados la familia Verdesoto y los vecinos

de sus alrededores que comparten estos productos que son producidos en esta

pequeña finca.

El trabajo de investigación denominado ¨ Sistema automatizado de riego por

aspersión para el jardín ubicado en la parte lateral del bloque de aulas #2 de

Uniandes Quevedo ¨ (Laverde Mena, 2016 #18)

En el análisis que se realizó en esta tesis se determinó la veracidad del problema

y plantear una solución, se llevó a cabo el diseño de un prototipo de sistema

automatizado para el riego de jardines.

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El trabajo de investigación denominado ¨Implementación de un Sistema

Automático para Riego y Fertilización De Zonas Verdes en el área de recreación

de La Universidad Técnica de Cotopaxi ¨. (Taipe, 2016 #19)

En esta tesis se realizó un diagnóstico del área y la cantidad de agua que se

utilizaba en el lugar. Se determinó los puntos estratégicos para colocar

aspersores de manera uniforme, de igual manera se realizó el diseño eléctrico,

con el fin de automatizar el sistema de una manera sencilla, mediante el método

de sistema de riego tecnificado innovador y eficaz, lo cual se redujo la cantidad

de agua y el tiempo que se necesita para aplicarlo, y de esta manera se logró

controlar el desperdicio del líquido vital, de acuerdo a los resultados se determina

que es factible.

El trabajo de investigación denominado ¨ Diseño e Implementación de un Sistema

de Automatización Para el Control de Riego por Goteo y Monitoreo de temperatura

en el Invernadero Clara Llumiquinga Sector de Patután Provincia De Cotopaxi ¨.

(Rodríguez Chicaiza, 2018 #20)

En el ¨Sector de Patutan Provincia de Cotopaxi¨ se realizó el diseño hidráulico del

sistema de riego por goteo para conocer las necesidades del invernadero de la

zona y dimensionar los equipos para la distribución del riego por goteo, con el fin

de controlar el agua y monitorear la temperatura existente en el invernadero.

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

En Ecuador hay varios lugares donde la productividad agrícola va en aumento, en

gran parte del país se cosechan variedades de productos, lo cual su fuente

principal es el agua. La utilidad de un sistema de riego es una ventaja porque

aumenta la productividad de ciclo largo y genera excelentes ingresos.

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Sistema de riego

Un sistema de riego es un mecanismo que permite esparcir la cantidad necesaria

de agua a los cultivos por un periodo de tiempo. El agua es fundamental para que

los cultivos puedan crecer, desarrollarse y de esta manera se incremente la

producción. Con el sistema se busca minimizar la pérdida de agua haciendo un

uso más eficiente de este servicio. Las ventajas de los sistemas de riego es cubrir

gran cantidad de plantas cultivadas en el terreno, mejoran la absorción del suelo,

los equipos se adaptan a cualquier terreno, ahorro de energía, mano de obra, agua

y brinda posibilidad de automatización.

Necesidad del riego

En Ecuador hay varios lugares donde la productividad agrícola va en aumento, en

gran parte del país se cosechan variedades de productos, lo cual necesitan la

fuente principal del agua. Hace años el sistema de riego poco a poco se ha estado

incrementando, debido a que en tiempos de sequía o inundación la producción

disminuye, es por eso que la instalación del sistema de riego es una ventaja

porque aumenta la productividad de ciclo largo y genera excelentes ingresos.

Efectos por falta o exceso del agua

El bajo rendimiento de los cultivos se dan por motivos de falta o exceso de agua

ya sea por malas prácticas de riego como agua de mala calidad, todo depende de

qué manera se aplique el sistema de riego, para evitar los problemas como la

sequía y plagas es necesario dar solución por ejemplo, riego de agua de buena

calidad, nivelación del terreno y drenaje.

Los efectos dañinos causados por exceso de agua en el suelo se deben todos a

la falta de aireamiento del sistema radicular. Cuando el aireamiento del suelo es

deficiente la respiración normal de las raíces queda muy reducida y tanto la

absorción de agua como la de minerales disminuyen. (Ortiz, 2006)

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Factores determinantes

Antes de considerar el método de sistema de riego por goteo se tiene que tomar

en cuenta factores importantes como el tipo de cultivo, cantidad de agua y el suelo.

Tipos de cultivos

Es necesario determinar el tipo de planta y la raíz ya que de eso depende de

cuánto es el consumo de agua que se va a requerir.

Un campo cubierto por un cultivo arbóreo evapora naturalmente más agua que un

campo con plantas pequeñas, como maíz, frijoles, caña, etc., cultivados en la

misma zona. (Ortiz, 2006).

Cultivo del tomate

Para el lugar finca Puerto Real se ha destinado el cultivo del tomate, que es el que

se tomara en cuenta para este sistema de riego.

Para un cultivo de tomates con éxito, el suelo debe estar suelto y fértil, preparado

con compost o estiércol antes de plantar. También se recomienda la aplicación

frecuente de fertilizantes orgánicos durante el crecimiento de plantas de tomate,

necesitan mucho sol, pero no toleran el calor excesivo, también necesitan ser

protegidos del viento.

Cuando la planta ya tiene cuatro ramas con flores, debe cortar la parte superior

del tallo principal para impulsar la maduración de la fruta. Por otra parte, también

debe eliminar todos los pequeños brotes que se forman entre las hojas cuando

éstas presentan una longitud de 2 cm. A medida que la planta de tomate crece y

da fruto, es importante atar a una estaca o tutor, para que no se doble con el peso

de los tomates.

En términos de riego necesitan mucha agua, especialmente en el área de raíces,

que siempre debe estar húmeda, en lo posible regar sin mojar las hojas.

El tomate posee las siguientes características para ser sembrado:

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Es una planta que posee un lato de 50 cm.

Sus raíces no son tan profundas.

Se siembran en hileras de 1.20 a 1.50 de distancia

Entre ellas tienen de 35 cm a 50 cm de distancia entre ellas. (Scielo, 2014)

Necesidades del suelo

El sistema de riego autónomo se enfoca en mantener la condición del suelo óptima

para el crecimiento del cultivo en cuanto a humedad refiere al mismo tiempo que

envía al cultivador información de la humedad del suelo y la temperatura de los

cultivos.

Las plantas cultivadas en suelos relativamente fértiles, producen, dentro de un

mismo periodo, más materia seca y presentan requerimientos de agua, muchos

más bajos que las cultivadas en suelos pobres, donde la producción de materia

seca es menor. (Ortiz, 2006)

Inversión

La inversión es primordial al momento de implementar el sistema de riego, lo

primero que se debe hacer es conocer el método de riego que se desea instalar

en los terrenos, la cantidad de hectáreas y de esta manera determinar el costo de

los sistemas. Para llevar a cabo la instalación del sistema de riego depende de

varios factores como la ubicación de las tierras, condiciones del terreno, el tipo de

cultivos y la distancia que se encuentra la fuente de agua.

En varios lugares del país se han realizado proyectos que han incluido sistema de

riego. Por ejemplo: Uno de los casos fue en Cotopaxi que se realizó micro

reservorios y riego tecnificado, esta inversión alcanzó los $8 millones que cubren

más de 3.000 hectáreas, el cual benefició a más 3.800 familias, ejecutados por el

Ministerio de Agricultura, Ganadería y Pesca (Magap).

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La elección de aplicar un riego depende de varias características, así como la

economía, el suministro de electricidad y la disponibilidad de materiales.

Métodos de riego

El riego manual es el sistema tradicional que se usa de forma más comúnmente

en la mayoría de las familias y el problema es que el agua no está siendo

aprovechada. Por eso existen otros métodos de riego que ayudan a la distribución

del consumo de agua. Los métodos de riego más comunes son: riego por

superficie, riego por aspersión y riego por goteo.

Riego por superficie: Tiene una conducción o transporte por donde va a pasar

por un canal y la toma de agua va a distribuir el agua por medio de la parcela

utilizándose la superficie del suelo agrícola. Debido a que el agua avanza por el

caudal y se filtra en el suelo, el agua disminuye, es por eso que se tiene que

diseñar y manejar el riego para que haya un equilibrio.

Riego por aspersión: Este método depende del aspersor que se encarga de

regar lluvias de agua a presión que cubre todo el terreno con el fin de filtrar la

cantidad necesaria de agua para los cultivos. Los beneficios de este tipo de riego

es que se adapta a las diferentes dosis de riego, para todos tipos de suelo y es

fácil de automatizar. Sus desventajas requiere alto consumo de energía, más

inversión y es afectado por la velocidad del viento. Para el buen funcionamiento

de este riego se necesita aspersores adecuados y depósito de agua que conecte

con la red de tuberías.

El aumento de productividad en el riego por gravedad es un rango de 30% al 60%,

el riego por aspersión de 80% al 85% y el riego por goteo es de 90%. Estos datos

estadísticos muestran que el riego por goteo ayuda de manera equitativa a

distribuir el consumo de agua.

El riego por goteo poco a poco se implementa en varios lugares donde el recurso

del agua es poca, por eso es uno de los riego más utilizado a nivel nacional ya

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que existen varios tipos de riego por goteo por medio de mangueras, cintas y

goteros insertables cada uno cumple una función diferente.

Riego por goteo

Debido al contacto directo con el suelo el agua tiene menos evaporación que en

el método por aspersión, además la zona de influencia de las gotas está ligada

estrechamente con las raíces de plantas. No se produce la proliferación de

malezas debido a que solo una línea de riego permanece húmeda, en la cual están

los sembríos. ("Riego Ecuador," 2016)

El agua es primordial para la producción agraria por eso se diseñan técnicas para

su conservación. La técnica más eficiente es el riego por goteo ya que humedece

cierta parte del suelo es decir directamente a la raíz de la planta. Este tipo de riego

tiene beneficios como el ahorro de agua ya que en la zona raíz de la planta

proporciona la necesaria cantidad de agua, este riego se puede utilizar en

jardinerías y reduce las plagas del agua que se queda en la superficie.

Gráfico 2 Riego por goteo

Fuente: (ECO Agricultor, 2017)

Elaborado por: (ECO Agricultor, 2017)

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Comparación de métodos de riego

Tabla 2 Comparación de Métodos de riego

TIPOS DE RIEGO CARACTERISTICAS

Riego por Aspersión

Se adapta a terrenos irregulares

Distribuye el agua con buena precisión

En comparación a los sistemas de inundación, esta técnica tiene menor consumo de agua.

Riego por Goteo

Tiene una adaptación en terrenos irregulares y con fuertes pendientes.

Disminuye la evaporación del agua en el suelo.

Evita el crecimiento de malas hierbas en partes no regadas.

Riego por Superficie

El agua fluye por gravedad. El agua avanza Según la

inclinación del terreno o la cantidad de agua que corre por la zanja haciéndola avanzar

Esta técnica demanda de mucha agua.

Fuente: Datos de la investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Se analizó los tipos de riego y se optó por el sistema de riego por goteo, por su

adaptación a terrenos irregulares con pendientes.

Permite tener una mejor administración del agua, ya que el agua cae por

gotas y va directo al pie de la planta.

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Son los más usados en lugares con escasez de recursos hídricos por su

precisión y control en la distribución del líquido vital.

Se adaptaría muy bien a un sistema de riego automatizado.

Componentes del Riego por goteo

Para llevar a cabo el riego por goteo hay que conocer sus componentes. Se

detallan la función que cumplen cada uno de los elementos.

Gráfico 3 Componentes de sistema de riego por goteo

Fuente:(Slideshare, 2015)

Elaborado por: (Abner, 2015)

Fuente de agua: Es necesario contar una fuente de agua ya sea rio, pozo o

cisterna, lo importante es la calidad del agua es decir que no contenga bacterias,

ya que los inconvenientes son las sales que se concentran en los goteros.

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Gráfico 4 Reservorio o fuente de agua

Fuente: (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, 2015)

Elaborado por: (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, 2015)

Unidad de bombeo: La unidad de bombeo depende del área del terreno que se

va a regar y el tamaño de la unidad que se refiere a la determinación de la carga

de la red de conducción y distribución del agua.

Bomba sumergible

Las bombas sumergibles también son muy eficientes porque realmente no tienen

que gastar mucha energía en movimiento de agua. La presión del agua empuja el

agua hacia una bomba sumergible, ahorrando así una gran parte de la energía de

la bomba.

Para este diseño se seleccionó la bomba sumergible porque se colocan

habitualmente en la parte inferior de los depósitos de combustible y también se

utilizan para la extracción de agua de pozos de agua.

FILTROS

La estación de filtrado se halla habitualmente integrada en la estación de bombeo.

Filtro de arena: El filtro de arena es un depósito metálico o poliéster de forma

cilíndrica que realiza filtración en profundidad, cumple con la función de retener

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los restos o partículas contaminantes, al entrar el agua pasa por una capa de

arena silícea y al final se lo recoge a través de unos colectores. El elemento

filtrante puede ser arena u otro similar. Este filtro ofrece caudales de filtrados

pequeños.

Filtro de anillas: Este filtro realiza filtración en profundidad. Está compuesto de

una pila de anillas ranuradas o con superficie rugosa. Su funcionamiento es que

retiene las partículas contaminantes especialmente algas y partículas orgánicas.

Filtro de malla: El filtro de malla es de material poliéster de igual manera retiene

las partículas inorgánicas (arena), el cual es efectivo para el agua con menor

suciedad.

Gráfico 5 Filtro de malla

Fuente: (Ingemecánica, 2017)

Elaborado por: (Ingemecánica, 2017)

Tanque de fertilizantes: El equipo de fetirriego es muy común en el riego por

goteo, por lo general va instalado en el cabezal de control, se lo ubica entre el filtro

de arena y filtro de malla. En este tanque se coloca el abono y por medio de la red

de distribución principal se hace pasar el agua al interior del tanque, se mezcla

con el abono y luego pasa a la red principal.

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Gráfico 6 Tanque de fertilizantes

Fuente: (Rivulis, 2018)

Elaborado por: (Rivulis, 2018)

Tuberías o Red de distribución: Las tuberías son flexibles al momento de su

instalación y la más utilizada son de material plástico PVC (Policloruro), siendo la

tubería más rígida debido por la acción de los rayos solares, y PE (Polietileno) es

más flexible, tiene protección a la radiación solar y cuenta con tres familias: baja

densidad (el más utilizado en riego por goteo), media densidad y alta densidad.

Gráfico 7 Tuberías

Fuente: (Riego Plast, 2018)

Elaborado por: (Riego Plast, 2018)

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Válvulas: Permite la regulación y el control del flujo de agua. Las válvulas se

intercalan en la red de conducción. Existen diferentes tipos de válvulas cada una

con distinta funcionalidad. Válvula de pie siendo el primer elemento de la

instalación, abre el paso cuando la bomba comienza a aspirar el agua del fondo

de depósito. La válvula de retención se utiliza en caso de fallo del suministro

eléctrico o del motor se detiene la bomba de manera instantánea. La llave de paso

cumple con la función de interrumpir el paso del agua. La válvula de seguridad

permite la salida automática de un cierto caudal, con el fin de evitar un aumento

excesivo de la presión en la red de conducciones. Por último, la válvula de

descarga se coloca en los extremos de la instalación. Permite desaguar las

tuberías una vez que el riego haya finalizado.

Gráfico 8 Válvulas

Fuente:(Ingemecánica, 2017)

Elaborado por: (Ingemecánica, 2017)

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Emisores o goteros: Se encarga de aplicar el agua a las plantas directamente a

la raíz, no necesita de mucha presión. Los emisores más utilizados son de 4 I/H

(litros/hora). Existen varios tipos de emisores como cintas o tuberías perforadas,

goteros pinchados, micro aspersores y difusores.

Gráfico 9 Emisores o goteros

Fuente:(Ingemecánica, 2017)

Elaborado por: (Ingemecánica, 2017)

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El agua

El agua es un recurso vital para los agricultores y para el desarrollo sostenible. La

escases de agua es uno de los mayores problemas, más en zonas donde se

generan gran cantidad de producción, ya que a causa de eso se disminuye el

rendimiento de los cultivos.

Los sistemas de almacenamiento de agua permiten tener mayor control en la

administración del agua para riego en una unidad productiva, disminuyen la

dependencia de los productores agrícolas en cuanto a la disponibilidad del agua

en un período determinado de tiempo, permitiendo a la vez alargar los períodos

de disponibilidad del recurso hídrico, sobre todo en aquellas zonas donde el agua

es escasa. (Vaca,s.f)

Según el informe de Modulo Ambiental de la Encuesta de Superficie y Producción

Agropecuaria Continua ESPAC 2016 el método de riego más demandado en el

país es el riego por aspersión y riego por goteo ya que beneficia en caso de

escasez de agua en varios sitios.

Energía eléctrica

En la agricultura la eficiencia de la energía es fundamental, más si es utilizado en

sistemas de riego a presión, ya que necesitan energía para que los emisores

realicen un correcto reparto del agua hacia las superficies.

Para los agricultores la energía eléctrica le genera muchos gastos, la cual optan

por utilizar otro método a la hora de utilizar sus equipos de bombeo.

Energía solar fotovoltaica

La energía solar que generan los paneles o módulos fotovoltaicos es corriente

continua, que puede utilizarse de forma directa, almacenarse en baterías o

transformarse en corriente alterna por medio de dispositivos adecuados. (Roldán,

2011)

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En el Ecuador la radiación solar es más intensa por lo cual la temperatura es más

elevada, por eso la energía solar fotovoltaica cada vez más va en aumento y con

el tiempo para los productores es de mucha satisfacción, ya que la energía solar

fotovoltaica beneficiaria a la población en caso de apagones.

Este sitio web brinda una explicación de la red de distribución de tuberías, de

filtros, Bombas, válvulas, tanques que se utilizan en una instalación de un sistema

riego por goteo. (Ingemecánica, 2017)

Aporta al estudio de este proyecto ya que indica claramente la construcción de un

sistema de riego por goteo incluyendo todos los componentes del sistema a

utilizar, también aporta las tablas de dimensión de cada equipo y cuál es su función

a desempeñar dentro del diseño.

Refuerza notoriamente como va conectado cada elemento, para que de la energía

solar fotovoltaica se transforme en energía eléctrica y alimente a todo el sistema

de riego, tomando en cuenta la función que realiza cada equipo que está

conectado al regulador.

Gráfico 10 Función del panel solar

Fuente: (Dialnet, 2015)

Elaborado por: (Dialnet, 2015)

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Proporciona información sobre los sensores de temperatura y Humedad,

ultrasónico y temperatura. Utilizo una placa de Arduino R3, da detalles de los

componentes de la instalación del sistema fotovoltaico, la selección de la

electrobomba, características y marca de los equipos que formaran parte del

sistema de riego automatizado.

Gráfico 11 Proceso

Fuente: (Dialnet, 2015)

Elaborado por: (Dialnet, 2015)

El diseño nos muestra las conexiones que se deben realizar para el buen

funcionamiento del sistema y la manera de protegerlo de sobrecarga.

El panel Solar Fotovoltaico estará conectado con el regulador, que es el indicado

para proteger los acumuladores de sobrecarga y es de unión con todos los

elementos que se alimentaran del panel solar.

La batería acumula la energía para el sistema, sirve de reserva para aquellos días

que no haya luminosidad. El inversor convierte la energía Continua en energía

alterna y alimenta a los aparatos que trabajan con corriente alterna.

La bomba ejecuta la función de extraer el agua y enviarla a los cultivos. Es

importante tener un tanque de reserva o un depósito de agua.

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Estas placas están formadas por módulos y éstos a su vez por células

fotovoltaicas. Sus células están formadas por una o varias láminas de material

semiconductor y recubiertas de un vidrio transparente que deja pasar la radiación

solar y minimiza las pérdidas de calor.

Para su funcionamiento cuenta con elementos, así como regulador, batería e

inversor.

- La conexión indicada de una batería es la que realiza la carga del

acumulador.

- El regulador lleva una salida de consumo, capaz de alimentar aparatos

dentro de la instalación que funcionen con corriente continua. Habrá

instalaciones en las que incluso todos los equipos estén conectados de

esta forma (tales como pequeñas instalaciones para el abastecimiento de

equipos de señalización, comunicaciones, etc.) (Mheducation, 2018)

-

Gráfico 12 Instalación de energía solar fotovoltaica

Fuente: (Mheducation, 2018)

Elaborado por: (Mheducation, 2018)

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Sistema de riego autónomo

El sistema de riego autónomo se enfoca en optimizar correctamente el recurso

vital a las plantas. En el entorno se encontraran algunos tipos de sistema de riego

que han dado buenos resultados. Por ejemplo: hay sistemas de riego que son

capaces de detectar cuando está lloviendo ofreciendo ahorro hídrico y

energéticos. Hay varias maneras de automatizar el riego ya sea por tiempo, datos

meteorológicos y sensores, todo depende de la decisión del agricultor.

Un sistema de riego autónomo está constituido por sensores y equipo que va a

monitorear los sembríos, tener una excelente distribución del agua de manera que

no se desperdicia y ayuda al medio ambiente. Parte de este sistema está la

energía solar fotovoltaica que facilita energía para darle marcha al sistema de

riego.

Ventajas

Un sistema de riego autónomo permite ahorrar tiempo, pues un sistema

manual llevará la mayor parte del tiempo en regar los sembríos.

Se tiene la capacidad de gestionar de manera remota el sistema de riego

disminuyendo la mano de obra. - Se tendría disposición del agua de

manera continua.

Se controlaría la cantidad de agua haciendo un ajuste en su consumo a tal

forma que el riego sería equitativo y sin desperdicio de agua

Nos brinda una tecnología inteligente, capaz de ofrecernos eficacia y

capacidad al hacer uso de este sistema.

Permite monitorear la información dada por los sensores.

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Impacto de la tecnología

La tecnología cumple un papel importante en la vida cotidiana. El avance

tecnológico en el ámbito de regadío es muy exponencial, ya que brinda varios

componentes tal como sensores, válvulas, bombas, arduinos que va a permitir

llevar un control técnico del funcionamiento, supervisar y registrar toda la

información necesaria.

En el mercado existen varios arduinos que simplifica el proceso de trabajo con

microcontroladores. Arduino cuenta con diferentes prototipos o modelos de placa,

así como Arduino Due, Arduino Mega y Arduino Uno.

El Arduino Due es la primera tarjeta de desarrollo construida con un

microcontrolador de 32 bits CortexM3 ARM. Sus características es que trabaja con

3,3V, también cuenta con 54 pines digitales de entrada/salida, de los cuales 12

pueden ser usados como salidas PWM, 12 entradas análogas, 2 salidas análogas,

4 UART (puertas seriales por hardware), cristal oscilador de 84MHz, una conexión

compatible con USB-OTG, 2 TWI, Jack de poder, conexión JTAG, botón reset y

un botón borrar. También tiene otras geniales funcionalidades como audio, DMA

y una librería experimental para multitarea.

Gráfico 13 Arduino due

Fuente: (Store Arduino, 2018)

Elaborado por: (Store Arduino, 2018)

El Arduino Mega es una tarjeta de desarrollo open-source construida con un

microcontrolador modelo Atmega2560. Sus características es que trabaja con 7-

12V, tiene 54 pines de entradas/salidas digitales (14 de las cuales pueden ser

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utilizadas como salidas PWM), 16 entradas análogas, 4 UARTs (puertos serial por

hardware), cristal oscilador de 16MHz, conexión USB, jack de alimentación,

conector ICSP y botón de reset. Arduino Mega incorpora todo lo necesario para

que el microcontrolador trabaje; simplemente conéctalo a tu PC por medio de un

cable USB o con una fuente de alimentación externa (9 hasta 12VDC). El Arduino

Mega es compatible con la mayoría de los shields diseñados para Arduino

Duemilanove, diecimila o UNO.

Gráfico 14 Arduino Mega

Fuente: (Store Arduino, 2018)

Elaborado por: (Store Arduino, 2018)

El Arduino Uno utiliza el microcontrolador ATmega328. Es una plataforma

computacional física open-source. Sus características es que trabaja a 5V, tiene

14 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 6 se pueden usar como salidas

PWM), 6 entradas analógicas, un cristal de cuarzo de 16 MHz, una conexión USB,

un conector de alimentación, un encabezado ICSP y un botón de reinicio. Una

placa arduino es una plataforma abierta basada en hardware y software que facilita

su uso en la electrónica, está diseñado de tal manera que se pueden construir

dispositivos digitales e interactivos.

Un Arduino es una placa es muy conocida ya que se adaptan a muchos

escenarios, además que facilita librerías y hace que la programación sea más

sencilla. Lo cual hace que nos facilite el poder controlar elementos del mundo real,

la placa de Arduino es un instrumento muy versátil, muy usado en la parte de la

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electrónica. Una de las ventajas es que pueda trabajar sin ningún problema en

diferentes sistemas como Windows, Linux y Mac OS x.

Algunas de sus características es que cuenta con 14 conectores de entrada o

salida digitales, la tarjeta trabaja con un voltaje de 5v. Se recomienda que el voltaje

de entrada sea de 7-12V y el voltaje límite de entrada sea 6-20v. De los 14 pines

entrada o salida digitales solo 6 se pueden utilizar como como salidas PWM

(Modulación por ancho de pulsos) y las otras 6 son entradas analógicas. Para dar

alimentación a la tarjeta es a través del puerto USB.

Gráfico 15 Arduino UNO

Fuente: (Arduino , 2018)

Elaborado por: (Arduino , 2018)

Para el diseño propuesto se utilizará el arduino due y arduino mega con sensores.

Para el prototipo se utilizará dos arduinos uno de esta manera demostrar el

funcionamiento del sistema.

Shield Ethernet

Es una placa de circuito modular que va conectado a la parte superior de la placa

arduino para proporcionar funcionalidad, los shield Ethernet permiten conectar un

arduino a una red Ethernet por lo que me permite tener comunicación y control.

Este módulo se lo utiliza para conectar con el Arduino y conectarlo a la red por

medio del RJ45. El RX recibe datos y el TX envía datos. El Arduino usa los pines

10, 11, 12 y 13 (SPI) para comunicarse con W5100 con la Ethernet Shield, el pin

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4 se usa para la tarjeta micro SD. También tiene un stack de red IP con capacidad

TCP y UDP y tiene habilitado para PoE.

Gráfico 16 Shield Ethernet

Fuente: (Prometec, 2017)

Elaborado por: (Prometec, 2017)

Módulo Relé

Este relé de dos canales posee aislamiento eléctrico, también maneja cargas de

250V/10A, gracias a su diseño es muy utilizado en la electrónica, con este relé se

podrá controlar la bomba de agua ya que la placa de Arduino no puede controlarla

directamente.

Este módulo tiene 2 canales que es controlado por una entrada TTL ya sea por un

microcontrolador o Arduino y trabaja con 5V. Las entradas VCC alimentación,

GND conectado a tierra, IN1 y IN2 son señales de control. Las salidas NC relay

normalmente cerrado, NA relay normalmente abierto y Comon relay terminal

central.

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Gráfico 17 Módulo Rele

Fuente: (Progressive Automations, 2017)

Elaborado por: (Progressive Automations, 2017)

Sensor de lluvia

Sensor de lluvia consiste en una serie de pistas conductoras impresas sobre una

placa de baquelita. La separación entre las pistas es muy pequeña. Lo que este

módulo hace es crear un corto circuito cada vez que las pistas se mojan. El agua

hace que se cree un camino de baja resistencia entre las pistas con polaridad

positiva y las pistas conectadas al GND. La corriente que fluye a través de estas

pistas se ve limitada por resistencias de 10K en cada conductor, lo que impide que

el corto circuito que se genera cuando se moja la placa vaya a estropear el micro

controlador.

Gráfico 18 Sensor DHT11

Fuente: (Eléctronica, 2018)

Elaborado por: (Eléctronica, 2018)

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El circuito de control es el que posee las resistencias limitadoras de corriente y es

el encargado de alimentar el módulo YL-83. Posee un amplificador operacional,

específicamente el circuito integrado LM392. Este es el encargado de amplificar

el pequeño diferencial de voltaje que se general cuando una gota de agua cae

sobre las pistas del módulo. Aquí es donde se genera la señal de salida que puede

ser del tipo analógica o digital. La señal digital oscilará entre los valores HIGH y

LOW dependiendo de si hay agua o no sobre las pistas de la placa YL-83.

La salida analógica entregará un nivel de voltaje que variará dependiendo de la

cantidad de agua que haya sobre el módulo.

Sensor Ultrasónico

Este sensor detecta los objetos y calcula su distancia entre 2 a 450 cm, para llegar

al cálculo envía el pulso de arranque y mide la anchura del pulso de retorno y dará

de esa manera la distancia del objeto.

Mediante el uso de ondas ultrasónicas este sensor mide la distancia tomando en

cuenta el tiempo que trascurre entre la emisión y la recepción. A través del tigger

el sensor envía una onda ultrasónica que va contra el objeto, el echo capta la onda

y es así como mide la distancia.

Gráfico 19 Sensor Ultrasónico

Fuente: (Tools, 2017)

Elaborado por: (Tools, 2017)

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Sensor de humedad de tierra

Este sensor monitorea o mide la humedad que hay en la tierra, es excelente para

tratar en el área de la agricultura. Los pads que posee funcionan como sondas

que pasan corrientes a través del suelo. Los sensores FC-28 deben ser enterrados

a 15cm bajo tierra y separado a 5m cada uno ya que de esa manera se

garantizaría una lectura con menos probabilidad de errores.

Gráfico 20 Sensor de tierra

Fuente: (ElectroniLab, 2018)

Elaborado por: (ElectroniLab, 2018)

Modelos Desarrollados De Sistemas De Riego

Uno de los modelos desarrollados fueron: El ¨Diseño e implementación de un

Sistema de Riego Automatizado para el Desarrollo de la Agricultura Familiar en el

Marco de la Seguridad Alimentaria¨ permitió controlar la frecuencia y la duración

del riego, el cual incluye la fertilización.

Este tipo de sistema programado en PLC está estructurado de manera que puede

monitorear la temperatura, humedad y radiación solar y con ello se definirá el

momento el que tiene que regar. Ver el Diseño PLC en anexos.

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En Chile se implementó un sistema de riego solar para viñedos, este utilizó

bombas y sistemas de seguimiento solar. El problema era debido al clima cálido y

seco y las posibles fluctuaciones en el suministro de aguas subterráneas. El

viñedo tiene ahora una solución que reduce enormemente el riesgo de sequía y

elimina la dependencia de la electricidad, es decir les permite regar en el mejor

momento para la calidad de su producción y ahorra dinero. Ver Sistema de Riego

Solar en anexos.

Se desarrolló el ¨ Análisis de un sistema de riego automatizado alimentado por

energía fotovoltaica utilizando PLC¨. Este sistema de riego automatizado

funciona captando la energía necesaria para el funcionamiento apropiado de

la bomba mediante los paneles fotovoltaicos en el área.

Un plc en el cual se programó los niveles de agua mediante el uso de sensores de

nivel que fueron localizados en el tanque una electroválvula que dará apertura al

sistema de riego del cultivo, este sistema de riego fue de lazo cerrado y se usó el

programa wincc para monitorear el sistema. Ver Sistema de riego automatizado

en anexos.

En esta tesis que realizaron unos jóvenes de la universidad Salesiana con su cede

en Cuenta, trataron sobre la energía solar fotovoltaica y la energía eólica para el

estudio de factibilidad de Generación Eléctrica. (Zhindon, 2014)

Aporto mucho en las bondades que nos brinda la energía solar fotovoltaica, la

utilización de unos sensores y el uso de la energía eléctrica como apoyo a la

energía solar fotovoltaica cuando en el día no haya sol, se pueda alimentar el

sistema instalado.

Fundamentación social

La producción se ha vuelto progresivamente más notable, es por esta razón se

tiene que conocer las necesidades que tienen los agricultores que trabajan para

mantener sus cultivos debido a la escases de agua. Existen aún sectores que no

cuenta con un sistema de riego autónomo.

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La parroquia Guale es uno de esos sectores que aun utilizan el método del riego

manual, es por eso se ha tomado la consideración de diseñar un sistema de riego

autónomo de manera correcta, con el fin de automatizar el agua para el riego de

sus cultivos siendo un factor muy importante, ya que el agua en este lugar es

escasa y necesita abastecer lo suficiente cantidad de agua para regar sus cultivos.

El riego no solo permite mejorar la administración del suministro de agua, sino

también el costo, tiempo y mejorar la productividad, de esta manera evitando

pérdidas en sus productos. El uso de la tecnología se vuelve imprescindible en

cualquier ámbito de trabajo, ya que siempre prestará mejoras y beneficiará a los

productores.

Fundamentación legal

DEL REGLAMENTO GENERAL PARA LA APLICACIÓN DE LA LEY DE

AGUAS

Art. 49.- Las tierras beneficiadas por sistemas de riego y drenaje construidos con

fondos del Estado podrán ser administradas a través de comisiones de Riego y

Drenaje existentes o que se llegaren a crear; y tomarán el nombre del río u obra

que los beneficie.

Para la creación de las comisiones previstas en este artículo, previamente los

interesados obtendrán del Consejo Nacional de Recursos Hídricos la

aprobación correspondiente, justificando con los respectivos estudios técnicos,

presupuestos, fondos, etc. la necesidad y conveniencia de su creación. (Secretaria

del agua, 2012)

Art. 51.- Cada Comisión de Riego y Drenaje tendrá su reglamento interno

aprobado por el Consejo Nacional de Recursos Hídricos, que permita

delimitar su área de acción, regular sus actividades, las relaciones entre

ésta y los usuarios para el uso y distribución del agua así como sus actividades

con miras al desarrollo social y económico. (Secretaria del agua, 2012)

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Art. 55.- Con el fin de conocer las necesidades de crédito, cada Comisión de

Riego y Drenaje realizará anualmente el estudio de las necesidades financieras

para la explotación técnica de las tierras beneficiadas con los canales

y obras hidráulicas con fines de riego y drenaje, estudio que será revisado y

remitido por el Consejo Nacional de Recursos Hídricos la institución

crediticia respectiva.

El estudio anterior permitirá estimar las necesidades financieras para

preparación de tierras, semillas y materiales para las siembras, control

fitosanitario, fertilizantes y enmiendas, movilización de cosechas, mercadeo

y comercialización, infraestructura de riego y drenaje a nivel de finca,

servicio de riego y control de drenaje, otras labores de cultivo, asistencia

técnica, y, otras que estimen necesarias. (Secretaria del agua, 2012)

LEY ORGÁNICA DE RECURSOS HÍDRICOS, USOS Y APROVECHAMIENTO

DEL AGUA

Artículo 12.-Protección, recuperación y conservación de fuentes. El Estado, los

sistemas comunitarios, juntas de agua potable y juntas de riego, los consumidores

y usuarios, son corresponsables en la protección, recuperación y

conservación de las fuentes de agua y del manejo de páramos así como

la participación en el uso y administración de las fuentes de aguas que se

hallen en sus tierras, sin perjuicio de las competencias generales de la

Autoridad Única del Agua de acuerdo con lo previsto en la Constitución y en

esta Ley. (Secretaría del agua, 2014)

Artículo 83.-Políticas en relación con el agua. Es obligación del Estado

formular y generar políticas públicas orientadas a: Fomentar e incentivar el

uso y aprovechamiento eficientes del agua, mediante la aplicación

de tecnologías adecuadas en los sistemas de riego. (Secretaría del agua, 2014)

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REGLAMENTO LEY RECURSOS HÍDRICOS USOS Y APROVECHAMIENTO

DEL AGUA

Art. 48.- Definición.- Las Juntas de Riego son organizaciones comunitarias

sin fines de lucro, que tienen por finalidad la prestación del servicio de riego y

drenaje, según sea el caso, bajo criterios de eficiencia económica, calidad en la

prestación del servicio y equidad en la distribución del agua. El procedimiento

para la creación de las nuevas Juntas de Agua Potable y adaptación de

los Estatutos de las existentes lo determinará la Secretaría del Agua. (Secretaría

del agua, 2015)

HIPÓTESIS

El diseño de un sistema de riego autónomo controlado con Arduino y alimentado

por energía solar fotovoltaica va a dar una solución para beneficiar a los

agricultores de la Parroquia Guale que tienen escases de agua.

VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN

Tabla 3 Variables de la investigación

VARIABLE TIPO DE VARIABLE DIMENSION

Dependiente Energía solar

fotovoltaica

Energía renovable

Tipos de energía

panel solar

Independiente Sistema de riego

Sistema de riego

Tipos de sistema de

riego

Sensores

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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DEFINICIONES CONCEPTUALES

Módulo fotovoltaico: Es un conjunto de células fotovoltaicas interconectadas

entre sí protegidas del exterior por una estructura compuesta básicamente por

un vidrio y un marco rígido.

Bombeo de agua: Instalaciones que se realizan en cualquier lugar y son

utilizados para agua potable o riego

Regulador de carga: Protege los acumuladores de sobrecarga y es el que

hace de unión al panel solar con los demás elemento de consumo.

Batería.- Es el elemento que acumula la energía para el funcionamiento del

sistema de riego.

Inversor.- Es el que convierte la corriente continua en corriente alterna.

Generador: Es el encargado de producir la electricidad que pasará a la red

eléctrica.

Controlador: Convierte la corriente DC de los paneles a un corriente apta para

las baterías.

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CAPITULO III

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

Modalidad de la investigación

El propósito de establecer esta investigación es dar solución por medio de un

diseño de sistema de riego autónomo correcto. Se detalla el tipo de investigación

que se va a desarrollar los resultados de acuerdo a la modalidad de la

investigación y el informe de los datos recopilados.

Tipo de investigación

Existen diferentes tipos de investigación, así como investigación exploratoria,

descriptiva y de campo.

La Investigación Exploratoria permite explorar más de cerca un sistema de riego

autónomo acogiendo investigaciones ya dadas y otras que se están diseñando

para en un futuro ser implementado con una nueva propuesta, según el lugar

donde se desenvuelva y dará una información más clara basada en hipótesis.

La Investigación Descriptiva permite dar una perspectiva eficaz de las

características de este sistema autónomo, con una observación sistemática,

participativa y encuestas para poder detallar un análisis de la información

orientada a implementar este mecanismo de riego.

Este método nos describirá las distintas situaciones, características, propiedades

que se pueda someter a un análisis.

La investigación de Campo permite tener una conexión directa con la persona y

de esa manera obtener la información necesaria. Esta investigación se acerca a

las características planteadas al estudio para el diseño de un sistema de riego

autónomo.

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Investigación de campo

Se optó por el método de campo ya que se podrá observar de cerca los problemas

que conllevan, como se originan y dar la posible solución por medio de un diseño.

Mediante una encuesta la cual será examinada muy minuciosamente para luego

llegar a la etapa del análisis. Los resultados no podrán ser alterados y de esta

manera tener una respuesta más eficiente

POBLACIÓN Y MUESTRA

Población

La población es el conjunto de personas con determinadas características, la cual

se obtiene una muestra para luego realizar un análisis estadístico.

Para el presente estudio la población está conformada por los agricultores de la

Parroquia Guale.

Proceso de selección de la población

Para el proceso de selección a evaluar se tomó en cuenta de la página del Plan

de Desarrollo y Ordenamiento Territorial la cual presenta datos estadísticos de la

Parroquia Guale. De los 819 agricultores que se encargan a la producción se tomó

una parte para realizar las encuestas.

Método de muestreo no probabilístico por juicio

Se llegó al lugar de la parroquia Guale con el fin de tratar con los agricultores, pero

al realizar las cuestas de manera presencial concluimos que muchos de ellos ya

no están en la parroquia.

El déficit de la economía, trabajo y estudio han obligado a los habitantes de Guale

ir a otros lugares para una mejor estabilidad.

El censo se realizó en el 2010 y hasta el 2018 hay una cantidad de agricultores

que ya no están en la zona.

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Para ello se llevó a cabo el muestreo no probabilístico ya que es una técnica donde

las muestras se toman a ciertos individuos de la población.

Se aplicó el muestreo no probabilístico por juicio, donde se selecciona a los

individuos que formaran parte de la muestra por sus características específicas y

se realizaron las siguientes preguntas.

INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Para la recolección de datos se ejecutará una técnica para lograr el análisis

estadístico que nos permitirá determinar la información necesaria, que serán

otorgados por los agricultores de la Parroquia Guale.

TÉCNICA DE CAMPO

1. Entrevista

Se entrevistó a don Carlos Cruz Aguilar, quien trabaja en la empresa eléctrica de

la parroquia Guale. El cargo que desempeña dentro de la empresa es el de jefe

del grupo técnico de líneas y redes.

Tiene 22 años trabajando para la empresa eléctrica y nos comentó que en su

trayectoria ha visto una mejoría en la parte eléctrica. Hace muchos años los

apagones eran muy continuos y se valían de otros métodos para no quedar en

oscuridad, los pocos recursos que tenían en transformadores, postes y cables

estaban ya obsoletos así que era fácil que no cumplan con una buena función.

Ahora ya tienen un mejor servicio, pero los agricultores aprendieron a sobrevivir

sin energía eléctrica para sus cultivos, usando maquinaria que se maneja con

gasolina, diésel y gas.

Existen maquinarias que necesita energía eléctrica como las bombas sumergibles,

pero estas demandan mucho consumo por lo que su costo en las planillas es alto,

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muy poco conveniente para el agricultor, es por esta razón que ellos trabajan con

maquinarias de combustible y muy poco usan la energía eléctrica.

Acotó que el proyecto sobre la energía solar fotovoltaica, aparte de ser innovador

es una buena opción para los agricultores que mantienen sus cultivos con agua

de los posos y tienen bombas sumergibles.

Concluyó diciendo que los administradores de la empresa eléctrica y el gobierno,

deberían formar un consenso para tratar sobre esta energía renovable y prueben

lo mejor para red pública.

Análisis de la entrevista

Un trabajador de la empresa eléctrica está consciente del consumo de energía

eléctrica que generan los equipos de trabajo para la agricultura.

Por su función en la empresa tiene un acercamiento directo con el agricultor, por

tanto está informado de los medios que utilizan los agricultores para poder sustituir

el consumo de energía eléctrica.

Si se implementara la energía solar fotovoltaica se podría tener energía eléctrica

a un menor costo, y los agricultores podrían utilizar los equipos de agricultura que

hicieron a un lado por los altos consumo de energía que estos suministraban.

2. Entrevista

Se entrevistó al ingeniero Augusto Sánchez quien siendo un ciudadano de la

Parroquia Guale vive en Duran.

Comentó que el posee una finca de 20 hectáreas en el lugar de Guale, pero de

las 20 hectáreas solo está utilizando 6 hectáreas con un pozo que contiene una

bomba sumergible 5.5 PH que produce 200 litros por minuto del bombeo y lleva el

agua a 200 metros de distancia, pero es de 220 voltios.

La técnica de riego que implementara es el de multipropósito con cañones y

aspersores que servirán para las plantaciones de plátano, banano, maíz, café,

moringa entre otros de ciclo corto.

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Acoto que implementara un sistema de energía solar fotovoltaica donde es un kit

que consta de una batería, los paneles, inversor, regulador y adaptador.

Para las tierras de él, no hay energía eléctrica por tal razón implementara este

sistema para alimentar su sistema de riego.

Indico que posee una bomba manual que trabaja con diesel, gasolina o a gas,

pero que no le funciono porque cuando el agua baja a más de siete metros, le

bomba no tiene alcance para extraer el agua.

Análisis de la entrevista

El ingeniero Augusto Sánchez implementará un sistema de riego multipropósito

para administrar el agua en sus plantaciones, de la misma manera aplicara un

sistema de energía solar fotovoltaica, ya que las condiciones del lugar no tiene un

alcance a la energía eléctrica.

Confirmó que estos sistemas si funcionan y por tal razón lo está implementando

en sus terrenos.

Técnica empleada para los agricultores

Encuesta

Se define encuesta a una serie de preguntas que ayuda a la recopilación de datos

utilizadas para obtener información sobre diversos temas. El motivo de realizar

este método es llevar a cabo los objetivos propuestos, así como la situación de

los escases de agua.

Recolección de la información

Encuestas a los agricultores de la Parroquia Guale

Las encuestas fueron realizadas a los agricultores de la Parroquia Guale, con la

guía de una persona encargada de realizar instalaciones eléctricas mediante la

jornada diurna. Las encuestas tienen un total de 7 preguntas acerca del tema

propuesto, con el fin de conocer si poseen algún sistema de riego, la fuente de

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recurso hídrico que utilizan, si tienen acceso continuo al consumo de agua para

sus sembríos e incluso el método para regar las plantas.

PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE LAS ENCUESTAS

El proceso y análisis de cada una de las preguntas surge a partir de haber

desarrollado las respectivas encuestas. La aplicación que se utilizará es el

Microsoft Excel, en la que se creará las tablas estadísticas para la tabulación de

datos obtenidos y gráficos estadísticos.

El gráfico pastel fue escogido para la representación de los datos, por lo tanto

lograr el correcto análisis y la interpretación de cada respuesta obtenida de las

preguntas.

INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LAS ENCUESTAS

Se presentará los resultados de las encuestas realizadas, la interpretación e

análisis de los resultados en base a la ejecución previa de los instrumentos y

herramientas de recolección de información. Cada una de las preguntas fue

dirigida a los agricultores del sitio.

Análisis de las encuestas

En las siguientes preguntas se detalla los porcentajes y los análisis de los

resultados obtenidos.

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Pregunta # 1

¿Qué cantidad de hectáreas cultiva en su terreno?

Tabla 4 Resultados de la pregunta 1

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Gráfico 21 Porcentajes de los resultados de la pregunta 1

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Análisis: El 48% de los agricultores indicaron que tienen menor o igual de 5

hectáreas en su terreno para realizar sus cosechas, por otra parte el 39% dispone

de 5 a 15 hectáreas y finalmente el 13% cuentan de 15 a 50 hectáreas.

OPCIONES FRECUENCIA PORCENTAJES

Menor o igual a 5 hectáreas 30 48%

De 5 a 15 hectáreas 24 42%

De 15 a 50 hectáreas 8 10%

De 50 a 100 hectáreas 0 0%

Mayor a 100 hectáreas 0 0%

TOTAL 62 100%

48%

39%

13%

Pregunta #1

Menor o igual a 5hectáreas

De 5 a 15 hectáreas

De 15 a 50 hectáreas

De 50 a 100 hectáreas

Mayor a 100 hectáreas

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Pregunta # 2

¿Con qué frecuencia riega al día sus cultivos?

Tabla 5 Resultados de la pregunta 2

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Gráfico 22 Porcentajes de los resultados de la pregunta 2

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Análisis: El 39% de los agricultores indicaron que ocasionalmente riegan al día

sus cultivos debido a que no tienen el agua a diario, el 35% dispone

frecuentemente realizan regar sus cultivos por la disposición de un pozo y

finalmente el 26% raramente riegan al día.

35%

39%

26%

Pregunta #2

Muy frecuentemente

Frecuentemente

Ocasionalmente

Raramente

Nunca

OPCIONES FRECUENCIA PORCENTAJES

Muy frecuentemente 0 0%

Frecuentemente 22 35%

Ocasionalmente 24 37%

Raramente 16 28%

Nunca 0 0%

TOTAL 62 100%

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Pregunta # 3

¿Cuál es la fuente de recursos hídrico que utiliza?

Tabla 6 Resultados de la pregunta 3

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Gráfico 23 Porcentajes de los resultados de la pregunta 3

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Análisis: El 61% de los agricultores indican que utilizan los pozos para sus

sembríos y el 39% toman los recursos que les ofrece la naturaleza como lo es el

rio.

39%

61%

Pregunta #3

Servicio público domiciliario

Rios

Lagunas

Manantiales

Pozos

OPCIONES FRECUENCIA PORCENTAJES

Servicio público domiciliario 0 0%

Rios 24 42%

Lagunas 0 0%

Manantiales 0 0%

Pozos 38 58%

TOTAL 62 100%

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Pregunta # 4

¿Cuánto tiempo invierte en el riego de sus cultivos?

Tabla 7 Resultados de la pregunta 4

OPCIONES FRECUENCIA PORCENTAJES

De 1 a 2 días 39 59%

Más de 3 días 0 0%

Todos los días 23 41%

TOTAL 62 100%

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Gráfico 24 Porcentajes de los resultados de la pregunta 4

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Análisis: El 63% de los agricultores indican que de 1 a 2 días invierten en el riego

y el 37% riegan todos los días sin parar ya que disponen del uso de los pozos.

63%

37%

Pregunta #4

De 1 a 2 días

Más de 3 días

Todos los días

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Pregunta # 5

¿Qué técnica de riego utiliza para regar sus cultivos?

Tabla 8 Resultados de la pregunta 5

OPCIONES FRECUENCIA PORCENTAJES

Riego manual 23 47%

Riego por goteo 8 17%

Riego por aspersión 0 0%

Otros 31 36%

TOTAL 62 100%

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Gráfico 25 Porcentajes de los resultados de la pregunta 5

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Análisis: Desde hace muchos años los agricultores realizan el riego manual para

sus cultivos tomando un 50% por ser una técnica tradicional, el 37% lo hace por

el método de riego por surcos y solo un 13% utiliza el método de riego por goteo

de manera manual, es decir no automatizada.

37%

13%

50%

Pregunta #5

Riego manual

Riego por goteo

Riego por aspersión

Otros

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Pregunta # 6

¿De qué manera llega el agua a sus cultivos?

Tabla 9 Resultados de la pregunta 6

OPCIONES FRECUENCIA PORCENTAJES

Por tuberias 24 41%

Por canal 0 0%

Por equipo de bombeo 38 59%

Otros 0 0%

TOTAL 62 100%

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Gráfico 26 Porcentajes de los resultados de la pregunta 6

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Análisis: El 61% de agricultores indica que utilizan equipos de bombeo de

gasolina o combustible para extraer el agua de los pozos hacías sus cultivos y otro

39% hacen el uso de tuberías.

39%

61%

Pregunta #6

Por tuberias

Por canal

Por equipo de bombeo

Otros

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Pregunta # 7

¿Cómo es la calidad del servicio eléctrico con el que dispone la Parroquia

Guale?

Tabla 10 Resultados de la pregunta 7

OPCIONES FRECUENCIA PORCENTAJES

Excelente 0 0%

Muy bueno 0 0%

Bueno 0 0%

Regular 62 100%

Malo 0 0%

TOTAL 62 100%

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Gráfico 27 Porcentajes de los resultados de la pregunta 7

Fuente: Trabajo de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Análisis: El 100 % de agricultores consideran que el servicio eléctrico es regular,

ya que constantemente ocurren fallos y debido a los altos consumo de energía.

100%

Pregunta #7

Excelente

Muy bueno

Bueno

Regular

Malo

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ANÁLISIS GENERAL

Para culminar nuestro estudio en base a las encuestas, Se pudo captar que los

agricultores alimentan sus sembríos con agua de pozo, pero que hacen uso de

bombas someras para poder extraer agua.

Los agricultores usan más de 1 hectárea para sembrar, muchas de ellas son

propias y otras son arrendadas. De la misma manera ejecutan el riego tradicional,

el riego manual, aplicando la técnica de surcos y con ella usan un equipo de

bombeo que se alimenta de gas, diesel, gasolina para poner a funcionar la bomba.

La frecuencia con la que bombea dependerá de la cantidad de hectáreas con las

que trabajan y del fruto que siembran. La mayoría de la población opta por regar

sus plantas dos veces por semana y en el día sus cultivos reciben el agua

dependiendo del clima, la humedad del suelo.

Aunque el servicio eléctrico ha mejorado notoriamente en el lugar, los agricultores

ya no dependen de la energía eléctrica, pues su costo de consumo está más alto

que el de la ciudad y por ende su costo en base al consumo es caro.

Dependiendo de lo que siembren, es el consumo de agua, el cuidado requerido

para el cultivo, días para regar los sembríos.

VALIDACIÓN DE HIPÓTESIS

De acuerdo a lo planteado en este trabajo investigativo y con la información de las

encuestas realizadas a una parte de los agricultores de la Parroquia Guale se

determinó lo siguiente.

Si existe la necesidad de proponer el diseño de sistema de riego autónomo para

dar una solución, ya que en este lugar debido a la carencia de agua, es por esa

razón que adquieren del pozo para poder regar sus sembríos ya sea de 1 a 2 días.

Por otro lado la energía eléctrica genera altos gastos, tanto que los agricultores

prefieren utilizar gasolina o combustible al momento de hacer uso de los equipos

de bombeo.

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ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Al analizar la cantidad de hectáreas que tiene cada agricultor se puede determinar

el método de riego correcto, y con cuantos elementos se pueden colocar en un

terreno de 50 m2. Tomando como base el resultado del estudio de media hectárea,

se podrá aplicar para el resto de tierras que se desea trabajar.

Según el tipo de producto que se desea cosechar los agricultores ponen en

marcha las veces y los días para regar sus plantas. Unos realizan este proceso 2

veces por semana, pero el bombero es de 24 horas al día; otros lo realizar todos

los días, pero como son más hectáreas dedican el bombeo a una hectárea por

día.

Por la carencia en horas para el suministro de agua y la demanda del riego, los

agricultores hicieron pozos para abastecerse y otros bombean sus cultivos con

agua del rio para los que les queda cerca.

El sistema de riego manual es una técnica tradicional que no ha cambiado, sin

embargo para agilitar el proceso en el riego de las siembras lo hacen por medio

de surcos. Colocar mangueras al inicio del surco es hacer que el agua recorra toda

la zanja, y de esta manera alimentar los sembríos sin necesidad de ir de planta en

planta, pocos son los agricultores que usan un sistema de riego por goteo.

El sistema de riego por goteo es el más idóneo para este tipo de tierra y para tener

un control en la distribución del agua.

Los agricultores para poder abastecer sus sembríos de agua manejan un equipo

de bombeo, que por lo general cubren hasta 400 metros. Colocan de manera

adecuada mangueras que llevan el agua hasta sus cultivos, pero si se tienen

bombas sumergibles habría que hacer uso de ellas, dando lugar a un mejor

alcance en el bombeo por ser más potente.

Aunque el servicio de la energía eléctrica ha mejorado mucho en la parroquia

Guale, los agricultores prefieren manejar su equipo con gasolina, diésel y gas. Los

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elementos demandan mucho consumo por lo que el costo es más elevado,

implementar un sistema solar fotovoltaico ayudaría en el consumo eléctrico.

Cabe recalcar que el costo del consumo eléctrico es más alto en la parroquia que

en la ciudad.

OBSERVACIÓN DE CAMPO

Los agricultores de la Parroquia Guale para regar sus cultivos utilizan el recurso

de los pozos, pero esto no es suficiente ya que no cubre la cantidad necesaria de

agua para sus sembríos. Las principales actividades productivas de la parroquia

son: cacao, badea, carambola, tomate, ciruela, coco, grosella, guanábana, lima,

maíz, mamey Cartagena, mango, naranja, pimiento y el verde.

Por otro lado, los agricultores al momento de utilizar sus equipos de bombeo

prefieren gastar en combustible, debido a los altos gastos de consumo de energía

eléctrica. Lo cual es una desventaja para ellos. Por este motivo se realizó el

estudio y diseño de una propuesta de un sistema de riego autónomo en la

Parroquia Guale. Se realizó el respectivo estudio de campo lo cual se precedió a

realizar un diseño y validar en campo si se puede realizar el diseño propuesto, por

lo cual se encontró el espacio suficiente en el terreno.

Delimitación de la Parroquia

El cantón Paján se localiza al sur de la Provincia de Manabí entre las coordenadas

80º 10'50” y 80º 33' de longitud occidental, 1º 28 y 1º 50'30” de latitud sur a 450km

de la ciudad de Quito capital del Ecuador.

Realizar recorridos en la Parroquia Guale

Como punto principal para obtener un diseño final se realizó el estudio del sector

para media hectárea.

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Gráfico 28 Ejemplo del área

Fuente: Tomado de campo

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Datos importantes

- Media hectárea tiene 5000 metro cuadrado.

- De la hectárea de la parte del frente el rio está a 400 metros y de la parte

atrás del terreno el rio está a 300 metros.

- El tipo de suelo es arenoso.

- La profundidad de la bomba sumergible que alimenta de agua a la

Parroquia Guale es de 65 metros.

- La profundidad para encontrar agua varía en el lugar, unos son de 4, 6,12

y 16 metros.

- La radiación solar de la zona es 4800W/m2

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COMPARACIÓN DE ELEMENTOS

Equipos de bombeo

Tabla 11 Equipos de bombeo

TIPOS DE BOMBAS

DE AGUA

CARACTERISTICAS

MOTOBOMBAS

(COMBUSIBLE)

Funcionan por combustión (Gasolina,

Diésel).

Empleadas para la movilización o drenaje

de agua.

Importante mantener equilibrada al suelo.

No son sumergibles.

Recomendada para lugares sin acceso

eléctrico.

ELECTROBOMBA

Funcionan por medio de energía eléctrica.

Empleadas para el riego.

Existe clasificación del tipo sumergible en el

agua (Para pozos).

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Se escogió la electrobomba siendo la mejor opción, ya que esta será alimentada

por el panel dejando de lado la necesidad de usar combustible para una

motobomba y reduciendo los gastos del agricultor.

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58

Tuberías

Tabla 12 Tuberías

TIPOS DE TUBERIAS CARACTERISTICAS

Tuberías de Aluminio

Muy resistentes.

Muy ligeras.

Recomendadas para el riego.

Tuberías de Fibrocemento

Bajo coeficiente de

dilatación.

Usadas para abastecimiento

de agua.

Clasificación en base a su

resistencia y diámetro.

Tuberías de PVC o Policloruro de Vinilo

Gran ligereza y flexibilidad.

Recomendado para

instalaciones internas y a la

intemperie.

Gran durabilidad y

resistencia.

Fácil instalación.

Tuberías de Polietileno (PE)

Gran ligereza y flexibilidad.

Gran durabilidad y

resistencia.

Fácil instalación.

Recomendada para

instalaciones internas y a la

intemperie.

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

El sistema será manejado por una cantidad de hilos finos que transportaran la

información, las tuberías de polietileno poseen una gran durabilidad y resistencia,

dándole la seguridad que necesita este cableado, teniendo como ventaja que es

muy ligera y flexible lo cual hace fácil su instalación.

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Cables UTP

Tabla 13 Cables

TIPOS DE CABLE

UTP

CARACTERISTICAS

Categoría 1

No adecuado para transmitir datos.

Ideal para comunicaciones telefónicas.

Categoría 2 Transmite datos de hasta 4mbps.

Ideal para comunicaciones telefónicas.

Categoría 3 Velocidad de datos de 16 mbps.

Usado en redes 100Base-t.

Transmisión de 16 Mhz.

Categoría 4 Transmisión de 20 Mhz.

Velocidad de datos de 16 mbps.

Categoría 5 Transmisión de hasta 100 Mhz.

Velocidad de datos de 1000 mbps.

Conecta computadoras conectadas en red

local.

Categoría 5e Versión mejorada de categoría 5.

Compatible con transmisiones de 10 MHz.

Categoría 6 Soporta hasta 250 Mhz de transmisión

Velocidades de hasta 1Gbps.

Categoría 7 Transmisión de hasta 600 Mhz.

Mide más de 100 m sin pérdida de señal.

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Se escogió la categoría 5e debido a que es uno de los más accesibles y

encontrados en el mercado, de este cable se usaran los hilos de manera individual

para conducir información, lo cual hace indiferente sus características de

velocidad.

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60

Paneles Solares

Tabla 14 Comparación de tipos de paneles

TIPOS DE PANELES

SOLARES

CARACTERISTICAS

Monocristalinos

Coloración y aspecto uniforme. Alta pureza en silicio. Rendimiento ligeramente mayor a otros

tipos de paneles. Costo un poco mayor a su contraparte

policristalina. Habituales en instalaciones con potencias

altas. Proceso de producción de mayor coste.

Policristalinos

Mayor resistencia al sobrecalentamiento. Función optima en climas cálidos. Absorben el calor con gran velocidad. Color azulado oscuro. Habituales en instalaciones con potencias

medias y bajas. Costo un poco menor a su contraparte

policristalina. Son de fácil instalación. Proceso de producción de menor coste. Ligeramente menos eficiente.

Amorfos (Películas

finas)

Integración de manera plana o curva. Costos de instalación reducidos. Baja eficiencia en comparación con los

paneles solares normales. Pueden requerir el doble de espacio de

placas solares normales. Recomendado instalar cuando exista

espacio disponible. Menor durabilidad.

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Se escogió por ser el más apto para el tipo de terreno en el que va a estar

implementado, en esta implementación estará expuesto a un sol intenso la mayor

parte del día, ya que su funcionamiento es más eficaz en climas muy cálidos, es

resistente a climas cálidos y absorbe el calor a gran velocidad lo vuelve la mejor

opción.

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61

Baterías

Tabla 15 Comparación de baterías

TIPOS DE BATERIAS CARACTERISTICAS

De plomo abiertas

Muy usadas en instalaciones solares aisladas. Bajo costo. Gran rendimiento o durabilidad. Solo son de 12V. Puede ser usada como batería estacionaria. Requieren mantenimiento periódico.

De plomo acido

selladas

Usadas en instalaciones en lugares remotos.

No requieren mantenimiento. Recomendadas para aplicaciones con

cargas pequeñas

Baterías de Gel

Mayor vida útil. Soportan descargas profundas y ambientes

inestables. No requieren mantenimiento. No soportan corrientes mayores a las

especificadas. Instalaciones solares de mediano y corto

alcance.

Baterías AMG

No requiere mantenimiento. Acepta corrientes de carga y descarga muy

elevadas. Son sencillas de instalar. Mayor vida útil bajo instrucciones de

fabricante. Usadas en instalaciones en lugares

remotos.

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

En esta implementación se busca un ahorro económico a largo plazo, para lo cual

la batería AMG fue considerada la mejor opción, esto es debido a que son selladas

dándoles esta característica un vida útil larga sin necesidad de gastar en

mantenimiento y son de gran utilidad cuando se necesita trabajar en un lugar

remoto.

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Reguladores

Tabla 16 Comparación de reguladores

TIPOS DE

REGULADORES

CARACTERISTICAS

PWM

Fuerzan a los módulos fotovoltaicos a

trabajar a la tensión de la batería.

Evita que la batería se sobrecargue.

Costo de adquisición bajo.

Larga vida útil.

Capacidad limitada para escalabilidad.

MPPT

Permite trabajar en tensiones

diferentes.

Mayor rendimiento de corriente.

Permite añadir paneles en serie.

Reduce las pérdidas de energía.

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Uno de los principales objetivos del proyecto es el ahorro de energía, los

reguladores MPPT permiten reducir perdidas de energía, dando un mayor

rendimiento de la corriente para los equipos de trabajo. De darse el caso también

permiten conectar diversos paneles mejorando aún más la eficiencia energética.

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Inversores

Tabla 17 Comparación de inversores

TIPOS DE

INVERSORES

CARACTERISTICAS

Invasores De onda

cuadrada

Bajo costo.

Ideal para iluminación.

Poco eficientes.

No apto para motores de inducción.

No apto para aparatos eléctricos

sofisticados.

Inversores de onda

senoidal modificada

Dispositivos más sofisticados.

Son de costo elevado.

Alto rendimiento.

No apto para motores.

Inversor de onda

senoidal pura

Pulso de onda más bruscos y segmentados.

Producen una onda uniforme entre

diferentes pulsos.

Recomendado para aparatos electrónicos y

motores.

Alto rendimiento.

Son los de costos más elevados.

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

A pesar de ser los de costo más elevados, se los encuentra a un costo muy

accesible, son la preferencia para el proyecto debido a que permiten el uso de

motores en su instalación como las bombas de agua, opción que no es

recomendada con los otros tipos de inversores, funcionando con un alto

rendimiento energético.

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Sensores de lluvia

Tabla 18 Comparación de sensores de lluvia

TIPOS DE

SENSORES DE

LLUVIA

CARACTERISTICAS

Sensores de lluvia en

sistemas de riego

Acumula Agua.

Ejecuta una acción determinada al

medir cierta cantidad de agua.

Aplicado en sistemas de regadío.

Sensores de lluvia

aplicados en vehículos

Usa sensores de luz, para detectar la

presencia de agua. Uso recomendado

en vehículos.

Sensores de lluvia

circuitos integrados

Detectan lluvia por variación en su

conductividad.

Poseen una placa de medición

estándar.

Obtiene valores analógicos y digitales.

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

El sistema de riego autónomo usará placa Arduino los cuales recibirán valores

analógicos o digitales para llevar a cabo una acción, este funcionamiento hace

que el sensor de lluvia de circuito integrado sea la mejor opción, cumple la misma

función que los otros tipos de sensores de lluvia pero sus características de circuito

integrado hacen más sencilla su instalación y accesible su adquisición.

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Sensores ultrasónicos

Tabla 19 Comparación de sensores ultrasónicos

TIPOS DE SENSORES

ULTRASONICOS

CARACTERISTICAS

Sensor de echo de

objetos inmóviles

Transmite un pulso y mide el tiempo

que tarda en recibir el echo.

Puede verse afectado por altas

temperaturas.

La pared reflectora puede ser liquida

o sólida.

Sensor para aplicación

a objetos móviles.

Mide la diferencia de valor y el

tiempo que tarda la onda en recorrer

un camino.

Poseen un emisor y un receptor

separados.

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

En el caso de este sistema de riego por goteo, el sensor ultrasónico se lo usará

para medir la cantidad de agua de una cisterna, lugar en el cual permanecerá

implementado ya que esta será su única función no es necesaria la

implementación de un emisor ultrasónico y un receptor ultrasónico separados,

haciendo de este tipo de sensor la mejor opción.

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Sensores de tierra

Tabla 20 Comparación de Sensores de tierra

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

En este caso no existen distintos tipos de sensores de humedad en la tierra, pero

si se puede hacer distinción de su marca u durabilidad. Para una implementación

real se opta por usar el sensor capacitivo DFRobot, este tipo de sensor es de

implementación para Arduino, poseen una gran durabilidad, no necesitan una

protección extra al ser enterrados bajo tierra y poseen un costo muy accesible

para el consumidor.

SENSORES VOLTAJE

CORRIENTE

DE

OPERACIÓN

MAXIMA

PROFUNIDAD

Sensor

capacitivo

DFRobot

3.3 - 5.5

V

5mA 3.6 cm

SoilWatch

10

2.8 - 5V 24mA 3.5cm

Sensor FC-

28

3.3 - 5.5

V 5mA 3.7cm

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ANÁLISIS Y DISEÑO

Análisis del diseño

Para la elaboración de la propuesta se determinó lo siguiente:

Se planteó un diseño de un sistema de riego autónomo, debido a la problemática

de escasez de agua que existe en la parroquia Guale, dando como consecuencia

que la mala administración del riego que existe generará un consumo de agua

excesivo. Mediante una investigación se optó por el método de riego por goteo

siendo la más factible para lugares con escases de agua ya que permite distribuir

de manera correcta este recurso vital.

En el estudio de sensores, se determinó que este consumo de agua se puede

llegar a controlar con el uso de estos dispositivos. La necesidad de manejar una

gran cantidad de dispositivos sensores, hizo los equipos de tarjetas Arduino,

fueran una opción, refiriéndonos a una placa de chips integrados, que por medio

de un software programable y una serie de pines puede llevar a la construcción

de dispositivos digitales de alta calidad.

Si se desea realizar una implementación real se necesitará una placa de Arduino

Due, debido a la capacidad que posee para la calidad de administración que se

necesita en la estructura real. Para mostrar los resultados será por medio de un

sitio web donde se muestran los valores de los sensores mediante gráficas.

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DISEÑO FINAL

Diseño de sistema de riego autónomo para media hectárea.

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Descripción del diseño para media hectárea

Para una implementación la propuesta del sistema de riego contiene 2 conjuntos

de implementos:

1) Los implementos que corresponden a un sistema de riego normal como bomba

de agua, filtro, sistema de tuberías y fuente de energía, la cual hace que este

sistema funcione.

2) A esto se le suman una serie de circuitos que darán al sistema un

funcionamiento autónomo, sensores de humedad en la tierra, sensor de lluvia,

sensor ultrasónico y tarjetas Arduino y un servidor.

Función de los componentes

Servidor Web: Recibirá los datos de los sensores enviados por el Arduino

principal y los reflejará en una página web.

Arduino Due: Será el cerebro del sistema, estará conectado en red a un servidor

de página web y procesara los datos de los sensores del sistema, este Arduino

enviará los datos recibidos de los sensores al servidor web para que este los

muestre mediante graficas en una página web.

Arduino mega: Estará conectado de manera directa al Arduino principal, este

Arduino será implementado uno por hectárea o más de ser necesario, esto

dependerá de la cantidad de sensores de humedad en la tierra que existan en esa

área. El Arduino mega recibirá los datos de los sensores de tierra los procesará y

enviará al Arduino principal para su procesamiento.

Sensor de humedad en la tierra: La cantidad de sensores de tierra será

implementada de acuerdo con la necesidad del agricultor o la cantidad de plantas

que existan, estos sensores debido a la cantidad que se manejan estarán

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conectados a un Arduino mega, para que este los procese antes de enviar sus

datos al Arduino principal.

Generalmente el cultivo para los sistemas de riego por goteo se lo hace en forma

de hileras, es decir que en cada hilera ira conectado un número determinado de

sensores de tierra.

Gráfico 29 Cantidad de sensores

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Dentro de la configuración del Arduino Due se especificará que, el riego se ejecute

cuando la mayor parte de los sensores de humedad en la tierra o la parte central

de estos sensores arrojen valores en seco.

Gráfico 40 Muestra de sensores

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Se lo configura de esta manera haciendo énfasis en la parte central porque es la

zona del cultivo que más tarda en secarse.

Gráfico 41 Parte central

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Si se mandara a regar valores aleatorios en seco, como los señalados en la figura

anterior y se activara la ejecución de regado, se corre el riesgo de inundar al

cultivo, pudiéndolo echar a perder.

Sensor de lluvia: Estará conectado de manera directa al Arduino Mega será

usado para detectar en caso de lluvia y de esta manera se detenga la bomba.

Sensor ultrasónico: Estará conectado de manera directa al Arduino principal,

será usado para medir la disponibilidad de agua que exista en el tanque. En el

caso que el tanque se esté quedando sin agua, el sensor mandará una señal y

prenderé la bomba para abastecer el tanque.

Sistema de relé: Se conectará con el Arduino principal, por medio de este

dispositivo el Arduino principal controlará el funcionamiento de la bomba dándole

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la orden de funcionar o no, de acuerdo con la señal que emitan los sensores de

tierra (seco o húmedo).

Energía solar fotovoltaica 12V: Sera la fuente de energía del sistema, proveerá

energía eléctrica al Arduino principal y a la bomba.

Regulador de voltaje: Estará conectado al panel solar, asegurando que el voltaje

que se envié a los Arduino y circuitos sea el correcto para su funcionamiento, estos

dispositivos se conectarían al regulador de voltaje.

Inversor de corriente: Conectado de manera directa al panel solar, transformara

la energía CC (corriente continua) en CA (corriente alterna) para que la bomba de

agua funcione correctamente.

Energía solar fotovoltaica 6V: Sera la fuente de energía de los Arduino mega,

los cuales reciben señales de los sensores de humedad en la tierra. La carga de

estos paneles será almacenada en una batería de 6 voltios.

Batería de 6 voltios: Almacena la energía proporcionada por el panel de energía

solar de 6 voltios, para alimentar a los Arduino mega.

Diagrama de bloques

Para llevar el registro obtenido por los sensores se utilizó la herramienta de

desarrollo web My Sql, el cual está incluido el paquete de software Xampp y para

crear la página web se instaló un sistema de gestión de contenidos (Joomla) que

permite desarrollar sitios web, todo trabajado en el lenguaje de programación

PHP.

El servidor sostiene la base de datos en donde será almacenada la información

enviada por el Arduino y mostrada en una página web a la que los usuarios tendrán

acceso libre. Solo el administrador tiene la autorización de ingresar a la base de

datos PhpMySql y observar los valores de los sensores por fecha y hora. En la

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página web creada se visualiza los gráficos correspondientes de cada uno de los

sensores en tiempo real cada 10 segundos.

En el Arduino Due procesara las señales de los sensores y de acuerdo con estas

señales enviara un pulso al relé para que la bomba se active o desactive según

sea el caso (tierra seca, tierra húmeda), al mismo tiempo proyectara los datos que

han sido procesados en una pantalla LCD y los enviara al servidor para su

almacenamiento. También el usuario puede activar y detener el sistema de riego

automático.

En los Arduinos mega se conectan los sensores de tierra y las señales que envíen

estos sensores, el Arduino mega se lo envía al Arduino Due. En la siguiente figura

se puede evidenciar el funcionamiento del sistema por medio de un diagrama de

bloques.

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Gráfico 30 Diagrama de bloques

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Funcionamiento

El Arduino Due funciona como cliente y servidor. Este se encarga de enviar la

información de los sensores al servidor por medio de un cable de red.

Gráfico 31 Funcionamiento del Arduino con la PC

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

El sensor ultrasónico posee un emisor y receptor de señal conocidos como tigger

y echo. El tigger envía una señal ultrasónica que al chocar con un obstáculo

regresa y es recibida por el echo, este envío y recepción de señal permite medir

la distancio del objeto desde el sensor hasta el obstáculo. La señal de distancia

obtenida por el sensor el ultrasónico es enviada por medio de un cable al Arduino

due y este procesa la información referida para ser mostrada.

Gráfico 32 Funcionamiento del Arduino con el ultrásonico

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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El sensor de humedad en la tierra, mide la humedad en variación a su

conductividad, obtiene la medición como un valor analógico o digital y lo envía al

Arduino mega donde será procesa junto con otras señales del mismo tipo, para

finalmente ser enviadas al Arduino due.

Gráfico 33 Funcionamiento del Arduino con el sensor de tierra

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

El sensor de lluvia detecta la presencia de lluvia por medio de la variación en su

conductividad, cuando una gota de agua cae sobre él se produce un contacto

eléctrico entre 2 conductores lo que es detectado por el sensor y enviado a un

comparador para ser convertido en señal eléctrica o digital, esta señal es enviada

al Arduino mega para ser procesada junto con otras señales y finalmente ser

enviadas al Arduino principal.

Gráfico 34 Funcionamiento del Arduino con el sensor de lluvia

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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DIAGRAMAS DE CONEXIÓN

Conexión del Arduino Due con el Servidor

Para la conexión del Arduino due con el servidor se procede hacerlo por medio de

un cable de red de 3 metros. En el Arduino due se realiza toda la programación

de los sensores y este envía los datos al servidor.

Gráfico 35 Conexión del Arduino due con el servidor

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Conexión de los componentes

Se realiza la conexión de todos los componentes al Arduino Due dando como

resultado la humedad de la tierra, la medición de la distancia del agua por medio

del sensor ultrasónico, la detección de lluvia y el modulo relé que cumple con la

función de encender/apagar la bomba de agua y mediante la pantalla LCD se

muestran los datos obtenidos de los sensores.

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CONEXIÓN DE LOS ARDUINOS

Se realiza la conexión del Arduino Due con los Arduinos Mega y se procede

hacerlo por medio de un cable de red de 15 metros para ambos lados. Se observa

en la siguiente imagen la respectiva conexión.

Gráfico 36 Conexión de los arduinos

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

El pin TX3 14 del Arduino Mega 1 se conecta con el pin RX3 15 del Arduino

Due.

El pin RX3 15 del Arduino Mega 1 se conecta con el pin TX3 14 del Arduino

Due.

El pin TX3 14 del Arduino Mega 2 se conecta con el pin RX3 17 del Arduino

Due.

El pin RX3 15 del Arduino Mega 2 se conecta con el pin TX3 16 del Arduino

Due.

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Conexión del sensor ultrasónico

Se procede a realizar la conexión del sensor ultrasónico al Arduino Due por medio

de un cable de red de 10 metros y este sensor va a medir la cantidad de agua

existente que hay en el abastecimiento. Se observa en la siguiente imagen la

respectiva conexión.

Gráfico 37 Conexión del Arduino Due al ultrasónico

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

Se conecta el sensor ultrasónico con el Arduino Due por medio del cable

rojo a 5V (VCC).

Se conecta el sensor ultrasónico con el Arduino Due por medio del cable

negro a tierra (GND).

Por medio del cable verde, el pin tigger (encargado de enviar la señal)

trabaja con el pin 2 del Arduino Due.

Por medio del cable amarillo del sensor ultrasónico, el pin echo (encargado

de recibir la señal) trabaja con el pin 3 del Arduino Due.

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Conexión del sensor de lluvia

Se procede a realizar la conexión del sensor de lluvia con la placa Arduino Mega

por medio de un cable de red de 25 metros y este sensor va a detectar la lluvia.

Se observa en la siguiente imagen la respectiva conexión.

Gráfico 38 Conexión del Arduino Mega al sensor de lluvia

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

Se conecta el sensor de lluvia con el Arduino Mega por medio del cable

rojo a 5V (VCC).

Se conecta el sensor de lluvia con el Arduino Mega por medio del cable

negro a tierra (GND).

Por medio del cable verde, el pin A0 trabaja con el pin A0 del Arduino.

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Conexión del sensor de humedad de tierra

Se procede a realizar la conexión del sensor de humedad de tierra con la placa

Arduino Mega, con la finalidad conocer el estado de la tierra ya sea humedad o

seca. Se observa en la siguiente imagen la respectiva conexión.

Gráfico 39 Conexión del Arduino Due al sensor de tierra

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

Se conecta el sensor de tierra con el Arduino Mega por medio del cable

rojo a 5V (VCC).

Se conecta el sensor de tierra con el Arduino Mega por medio del cable

negro a tierra (GND).

Por medio del cable gris, el pin A0 (interfaz de salida analógica) se conecta

con el A0 del Arduino Mega.

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Conexión de elementos al arduino mega

Para la conexión del Arduino Mega con la batería y la energía solar fotovoltaica se

procede hacerlo por medio de un cable de red de 5 metros. El Arduino Mega es

alimentado por la energía solar fotovoltaica que trabaja con 6V. En la batería se

almacena la energía del sol captada por la energía solar fotovoltaica.

Gráfico 40 Conexión de elementos al arduino mega

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

Se conecta la batería (+) al pin 5V del Arduino Mega.

Se conecta la batería (-) al pin GND del Arduino Mega.

Se conecta la batería (+) a la energía solar fotovoltaica.

Se conecta la batería (-) a la energía solar fotovoltaica.

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Conexión de elementos al arduino due

Para la conexión del Arduino Due con la batería y la energía solar fotovoltaica. El

Arduino Due es alimentado por la energía solar fotovoltaica que trabaja con 12V

conectada por el regulador y bateria. En la batería se almacena la energía del sol

captada por la energía solar fotovoltaica. El regulador va a controlar el estado de

carga de la batería evitando que se descarguen profundamente. El inversor se va

a encargar de transformar el voltaje de 12 voltios de la batería a 110V voltios para

el funcionamiento de la bomba sumergible.

Gráfico 41 Conexión de elementos al arduino due

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Se conecta la batería al regulador – positivo y negativo

Se conecta la energía solar fotovoltaica al regulador – positivo y negativo

Se conecta el inversor a la batería – positivo y negativo.

Se conecta la batería al Arduino- positivo - negativo.

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MEDIDAS DE SUPERFICIE DEL TERRENO

Media hectárea equivale a 5.000 metros cuadrados. Esta información es

importante ya que permite determinar la cantidad de terreno que se tiene

disponible y las probabilidades para desarrollar dicha actividad.

De acuerdo a la media hectárea se puede definir el número de plantas tomando

en cuenta una distancia para que estas plantas se desarrollen bien.

Gráfico 42 Medidas del área

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

DIMENSIONAMIENTO DEL ÁREA

Se va a detallar los dimensionamientos de cableado, cantidad de tuberías,

sensores, goteros, ensambles T y los accesorios respectivos para el riego por

goteo.

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Gráfico 43 Dimensionamiento del área

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Los sensores de tierra se los ubican a una distancia de 5 metros. La cantidad de

sensores para la Caja 1 son 36 e igualmente para la Caja 2. En total se requieren

72 sensores de tierra para media hectárea. Un cable de red tiene 4 pares de

colores y cada par va conectado al sensor de tierra, es decir que un cable alcanza

para conectar 4 sensores de tierra.

Tabla 21 Pares del cable de red

Par 1 Blanco/Azul Azul

Par 2 Blanco/Naranja

Naranja

Par 3 Blanco/Verde Verde

Par 4 Blanco/Café Café

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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El cableado

La caja principal requiere 2 cables de 15 metros para conectarse con la Caja 1 y

Caja 2.

Gráfico 44 Cableado

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

El cableado se lo ubica bajo tierra a una profundidad de 50cm utilizando tubos PE.

Tabla 22 Total de metros para la caja principal

CAJA PRINCIPAL DISTANCIA

CAJA 1 15 metros

CAJA 2 15 metros

TOTAL 30 metros

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Luego de obtener la cantidad de 30 metros se puede determinar el costo que se

necesita.

Gráfico 45 Cajas secundarias

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Para la caja 1 y caja 2 se requiere 9 cables para conectar los sensores de tierra.

Tabla 23 Total de metros para las cajas secundarias

CANTIDAD DE

CABLES

CAJA 1

DISTANCIA

CAJA 2

DISTANCIA

Primer cable 25 metros 25 metros

Segundo cable 30 metros 30 metros

Tercer cable 35 metros 35 metros

Cuarto cable 40 metros 40 metros

Quinto cable 45 metros 45 metros

Sexto cable 50 metros 50 metros

Séptimo cable 55 metros 55 metros

Octavo cable 60 metros 60 metros

Noveno cable 65 metros 65 metros

SUBTOTAL 405 metros 405 metros

TOTAL 810 metros

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Luego de obtener la cantidad de 810 metros se puede determinar el costo que se

necesita.

Las tuberías

La tubería es bastante flexible, así que las uniones, codos y se unen por simple

ensamble y presión (si es necesario, se puede obtener una mayor fijación con

cinta de teflón y/o abrazaderas).

Para el diseño se ubicó 9 filas de tuberías PE siendo una de las mejores ya que

tiene protección a la radiación solar. Se va a utilizar 9 ensambles de T o cruz para

conectar diferentes secciones y 18 tapones finales de 16mm.

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Gráfico 46 Medidas para las tuberías

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Tabla 24 Total en metros para las tuberías

TUBERIAS CANTIDAD METROS

PRIMARIA 1 60m

SECUNDARIA 9 450m

TOTAL 10 510m

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Luego de obtener la cantidad de 510 metros se puede determinar el costo que se

necesita.

Emisores

Se debe tomar en cuenta la disposición de emisores con una separación respecto

a las plantas. Hay que colocarlos cerca de la planta para facilitar su desarrollo,

pero no demasiado.

Para la Caja 1 y Caja 2 se necesita 45 emisores, es decir para el diseño se requiere

90 emisores. Un emisor para cada planta cultivada.

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Gráfico 47 Ubicación de emisores

Fuente: (Vectorstock, 2018)

Elaborado por: (Vectorstock, 2018)

Válvula

Una válvula permite iniciar, impedir o regular el paso del fluido del agua. Para

este diseño la válvula se encuentra ubicada después de la bomba sumergible.

Gráfico 48 Ubicación de la válvula

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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90

Análisis de factibilidad

Durante la elaboración de este trabajo de titulación enfocado al estudio de un

diseño de sistema de riego autónomo controlado con Arduino y alimentado por

energía solar fotovoltaica. Se evidenció la posibilidad de dar una solución a los

agricultores de la Parroquia Guale realizando un diseño que ayude a los escases

de agua.

Factibilidad Operacional

Según el análisis de las encuestas realizadas a los agricultores de Guale,

comprobando la necesidad de tener un sistema de riego por goteo por la poca

cantidad de agua que tienen a su disposición para sus cultivos. Además el uso de

la energía solar fotovoltaica será beneficioso ya que genera menos gastos y la

observación de técnica para la instalación de los equipos a utilizar en el sistema

si se pusiera en ejecución el trabajo propuesto con el estudio respectivo resulta

totalmente operacional.

Factibilidad técnica

Se mencionaron algunos equipos a utilizar en un sistema de riego, los elementos

que los componen para la realización de una instalación. Otro dato importante se

comprueba la factibilidad técnica del sistema de riego para media hectárea. Una

de la ventaja es que cuenta con el espacio suficiente para llevar a cabo la

propuesta.

La factibilidad del proyecto se enfocará en la evaluación del hardware y software

que se utiliza para la realización del prototipo. Los equipos informáticos se

encuentran en el mercado, ya que es muy fácil de adquirir. Por esta razón el

proyecto es factible.

En la siguiente tabla se detalla las características necesarias para el desarrollo del

prototipo.

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91

Tabla 25 Recursos Técnicos

Recursos técnicos para el prototipo

Tipo de recurso Nombre del recurso Descripción

Recursos Humanos Experto en el área

- Programadores en

Arduino.

- Desarrollador web

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Tabla 26 Recursos técnicos de hardware

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Tabla 27 Recursos técnicos de software

Recursos técnicos del sofware

Tipo de recurso Nombre del recurso Descripción

Hardware

ID Arduino Software para la

programación

My Sql Base de datos

PHP Herramienta para

desarrollo web

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Recursos técnicos del hardware

Tipo de recurso Nombre del recurso Descripción

Hardware

Arduino

Se realiza codificación

de los sensores.

Sensores Dispositivos electrónicos

que envían valores.

Energía solar

fotovoltaica

Dispositivo que capta la

radiación solar.

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Factibilidad Legal

Se basa en la utilización de tecnología de código abierto y sin costo de

licencia encontrándoles a libre disposición del usuario. Este proyecto no

infringe ninguna ley de derecho de licencia ni otra situación legal en la constitución

de la República del Ecuador; para esto va a describir los tipos de licencia:

Arduino: Es legal, al ser open – source hardware, bajo licencia Creative

Commons puedes reunir los componentes y crearte tu propia placa, no pudiendo

en este caso llamarla Arduino, nombre registrado para las originales producidas

en Italia. (Arduino , 2018)

PHP: De acuerdo a la Free Software Foundation es una licencia de software libre

no copyleft y una licencia de código abierto según la Open Source Initiative. (PHP,

2018)

Joomla: Se distribuye bajo la licencia de GNU General Public License v2. Una

copia de dicha licencia debe ser distribuida con cada copia de Joomla! o derivados

de Joomla!. Para obtener información completa acerca de la GNU GPL, visita la

web de Free Software Foundation. (ITE, 2018)

MySql: Sistema de gestión de base de datos relacional y multiusuario con más de

seis millones de instalaciones. Por un lado se ofrece bajo la GNU GPL para

cualquier uso compatible con esta licencia, pero para aquellas empresas que

quieran incorporarlo en productos privativos deben comprar a la empresa una

licencia específica que les permita este uso. Está desarrollado en su mayor parte

en ANSI C. (ECURED, 2018)

Factibilidad económica

La factibilidad económica fue estudiada estimando los ingresos y los costos

asociados al sistema de riego por goteo propuesto.

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Comparación de costos de electrobombas

Tabla 28 Comparación de costos de electrobomba

ELECTROBOMBA

MARCAS VOLTAJE POTENCIA COSTO

Century

110V 1HP $125

INECO

110V 1HP $170

PEDROLLO

(4BLOCK)

110V 2HP $480

PEDROLLO

(4BLOCK)

220V 5HP $1350

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Comparación de costos de filtros

Tabla 29 Comparación de costos de filtros

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

FILTROS DE HIDROCICLONES

MARCAS COSTO

RIS

$210

AGROLOGICA

$310

AQUA

$450

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Comparación de costos de tuberías PE

Tabla 30 Comparación de costos de tuberías

TUBERIAS PE

TIPOS DE TUBERIAS

A USAR COSTO

Rollos 25mm de 100m

$45

Rollos 32mm de 100m

$65

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Comparación de costos de cables

Tabla 31 Comparación de costos de bobinas

BOBINAS DE CABLE UTP

MARCAS COSTO

AMPXL 300

metros cat 5e

$90

Nexxt Cat 5e

Por 100 Metros

$130

Nexxt Cat6 300

metros

$170

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Comparación de costos de paneles solares

Tabla 32 Comparación de costos de paneles solares 12v

PANELES SOLARES POLICRISTALINOS

MARCAS VOLTAJE

NOMINAL

POTENCIA

NOMINAL DURABILIDAD COSTO

ECHO GREEN

ENERGY

24V 200W 25 Años $200

ZOHAN

12V 50W 25 Años $80

WAREE

12V 200w 25 Años $180

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Tabla 33 Comparación de costos de paneles solares 6v

PANELES SOLARES POLICRISTALINOS 6V

MARCAS VOLTAJE POTENCIA

NOMINAL COSTO

SYGMA ELEKTRONIC

6V 3.5W $12

TECMIKRO

5V – 6V 1W $7

ANGUI

6V 1W-4.5W $10

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Comparación de costos de baterías AGM

Tabla 34 Comparación de costos de baterías AGM 12v

BATERIAS AGM

MARCAS VOLTAJE

NOMINAL

POTENCIA

NOMINAL DURABILIDAD COSTO

INTI

12V 150Ah 6 años $200

BIKEMASTER

12V 12Ah

5 años

$80

SBB

12V 100Ah 12 años $280

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Tabla 35 Comparación de costos de baterías AGM 6v

BATERIAS AGM 6V

MARCAS VOLTAJE

NOMINAL

POTENCIA

NOMINAL DURABILIDAD COSTO

U-POWER

6V 3.3AH 10 años $8

BT-5-6

6v 5AH 8años $9

EVL

6V 4.5AH 10 Años $11

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Comparación de costos de reguladores MPPT

Tabla 36 Comparación de costos de reguladores

REGULADORES MPPT

MARCAS VOLTAJE

NOMINAL

POTENCIA

MAXIMA COSTO

INTI

12V / 24V 80A $135

MUST SOLAR

12V / 24V 20A $150

SRNE

12 / 24 / 36 /

48 V 30A $280

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Comparación de costos de inversores

Tabla 37 Comparación de costos de los inversores

INVERSORES DE ONDA SENOIDAL PURA

MARCAS

ENTRADA

DE

VOLTAJE

SALIDA

DE

VOLTAJE

COSTO

LUYUAN POWER

12 V 110 V –

220V $199.99

POWER INVERTER

12V 110V –

220V $140

INTI

12V 110V $385,60

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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103

Comparación de costos de sensores de lluvia

Tabla 38 Comparación de costos de sensores de lluvia

SENSORES VOLTAJE

CORRIENTE

DE

OPERACION

COSTO

DETECTOR DE

LLUVIA

M152

12 V 8mA $50,35

SENSOR DE

LLUVIA STM32

5V 15 mA $7,26

FC-37

3.3 - 5V 15mA $2,50

Sensor de Lluvia

Rsd-Bex. Rain Bird.

24V 5A $34

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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104

Comparación de costos de sensores ultrasónicos

Tabla 39 Comparación de costos de sensores ultrasónicos

SENSORES VOLTAJE CONSUMO RANGO COSTO

Sensor

Ultrasónico

URM37 V4.0

3.3 - 5V 20mA 5cm-

500cm $14

US-100

5V 2mA 450 cm $3.49

HC-SR04

5V menos

2mA

2 cm-

450 cm $2,50

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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105

Comparación de costos de sensores de tierra

Tabla 40 Comparación de costos de sensores de tierra

SENSORES VOLTAJE

CORRIENTE

DE

OPERACIÓN

MAXIMA

PROFUNIDAD

Sensor

capacitivo

DFRobot

3.3 - 5.5

V

5mA 3.6 cm

SoilWatch

10

2.8 - 5V 24mA 3.5cm

Sensor FC-

28

3.3 - 5.5

V 5mA 3.7cm

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Tabla 41 Presupuesto Total

MATERIALES CANTIDAD PRECIO POR

UNIDAD PRECIO TOTAL

Bomba Sumergible 4BLOCK 1 $490 $490

Regulador de carga INTI 1 $135 $135

Inversor de corriente POWER 1 $140 $140

Filtro de arena RIS 1 $210 $210

Batería 12V SBB 1 $280 $280

Batería 6V 2 $9 $18

Válvulas 1 $18 $18

Tuberías PE para riego 25mm 5 (rollos) $45 $225

Tuberías PE destinadas para cableado 32mm 9 (rollos) $55 $495

Tapón final para mangueras de riego 18 $0.46 $8.28

Tapón final para tuberías de cableado 18 $0.56 $10.08

Panel de energía Solar fotovoltaica (Waree) 1 $180 $180

Panel de energía Solar fotovoltaica 6V 2 $7 $14

Ensambles T 9 $0.14 $1.26

Emisores 90 $0.12 $10.80

Bobina de Cable De Red Utp Categoría 5e 300 metros 3 (bobinas) $130 $390

Arduino Due 1 $12 $12

Arduino Mega 2 $8,50 $17

Sensor capacitivo DFRobot (humedad en la tierra) 50 $7.80 $390

Sensor Ultrasónico URM37 V4.0 1 $14 $14

Sensor de lluvia STM32 1 $7.26 $7.26

Costo de instalación de sensores de tierra (media hectárea) 9 (hileras) $40 $360

Costos de instalación de sensor de lluvia, ultrasónico y bomba 1 $40 $40

Costo de mantenimiento de sistema autónomo. 2 (anualmente) $200 $400

Paquetes de manga de empalme termo contráctil paquete de 12 unidades. 4 $2 $8

TOTAL $3873.68 Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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107

PROTOTIPO

Diagrama de bloques del funcionamiento del sistema

Para llevar el registro obtenido por los sensores se utilizó la herramienta de

desarrollo web My Sql, el cual está incluido el paquete de software Xampp y para

crear la página web se instaló un sistema de gestión de contenidos (Joomla) que

permite desarrollar sitios web, todo trabajado en el lenguaje de programación

PHP.

El servidor sostiene la base de datos en donde será almacenada la información

enviada por el Arduino y mostrada en una página web a la que los usuarios tendrán

acceso libre.

Solo el administrador tiene la autorización de ingresar a la base de datos

PhpMySql y observar los valores de los sensores por fecha y hora.

Gráfico 49 Servidor

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

En la página web creada se visualiza los gráficos correspondientes de cada uno

de los sensores en tiempo real cada 10 segundos.

El Arduino Cliente procesará las señales de los sensores y de acuerdo con estas

señales enviará un pulso al relé para que la bomba se active o desactive según

sea el caso (tierra seca, tierra húmeda), al mismo tiempo proyectará los datos que

han sido procesados en una pantalla LCD y los enviará al servidor para su

almacenamiento y el Arduino servidor espera la señal enviada desde la página por

el usuario.

Los dos arduinos se alimentan por medio de un powerbank solar.

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108

En la siguiente figura se puede evidenciar el funcionamiento del sistema por medio

de un diagrama de bloques.

Gráfico 50 Diagrama de bloques del prototipo

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

A pesar de que el Arduino cliente se encarga de enviar los valores de los sensores

a la página web y activar/desactivar la bomba de agua.

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109

Como opcional se creó el sistema manual donde el usuario puede activar y detener

el sistema de riego automático, pero para cumplir con dicha función se determinó

el uso del Arduino Servidor porque va a recibir la señal enviada por el usuario.

Diagramas de Conexión y Flujos de funcionamiento

Sensor de lluvia

Se procedió a realizar la conexión del sensor de lluvia con la placa Arduino UNO,

con la finalidad de detectar la lluvia y de esa manera se apaga la bomba. Se

observa en la siguiente imagen la respectiva conexión.

Gráfico 51 Conexión del sensor de lluvia al Arduino servidor

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

Se conecta el sensor de lluvia con el Arduino por medio del cable rojo a 5V

(VCC).

Se conecta el sensor de lluvia con el Arduino por medio del cable negro a

tierra (GND).

Por medio del cable verde, el pin A0 trabaja con el pin A0 del Arduino.

Servidor

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Sensor Ultrasónico HC-SR4

Se procedió a realizar la conexión del sensor ultrasónico HC-SR4 con la placa

Arduino UNO, con la finalidad de medir la distancia de agua que hay en el tanque.

Se observa en la siguiente imagen la respectiva conexión.

Gráfico 52 Conexión del sensor ultrasónico al Arduino cliente

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

Se conecta el sensor ultrasónico con el Arduino por medio del cable rojo a

5V (VCC).

Se conecta el sensor ultrasónico con el Arduino por medio del cable negro

a tierra (GND).

Por medio del cable café, el pin tigger (encargado de enviar la señal) trabaja

con el pin 2 del Arduino.

Por medio del cable amarillo del sensor ultrasónico, el pin echo (encargado

de recibir la señal) trabaja con el pin 3 del Arduino.

Cliente

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Flujo de funcionamiento del Sensor Ultrasónico

Se configuró en el sensor 2 pines, el ping tigger se encarga de la salida del pulso

y el pin echo se encarga de la entrada del pulso. En este caso el sensor va a medir

la distancia en centímetros que hay en el tanque de agua contando el tiempo de

recorrido entre ida y vuelta. El ultrasónico se expresa en CM (centímetros).

Gráfico 53 Flujo del sensor ultrasónico

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Sensor de humedad de tierra

Se procedió a realizar la conexión del sensor de humedad de tierra con la placa

Arduino UNO, con la finalidad conocer el estado de la tierra ya sea humedad o

seca. Se observa en la siguiente imagen la respectiva conexión.

Gráfico 54 Conexión del sensor de tierra al Arduino cliente

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

Se conecta el sensor de tierra con el Arduino por medio del cable rojo a 5V

(VCC).

Se conecta el sensor de tierra con el Arduino por medio del cable negro a

tierra (GND).

Por medio del cable gris, el pin A0 (interfaz de salida analógica) se conecta

con el A0 del Arduino.

Cliente

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Flujo de funcionamiento del Sensor Humedad de tierra

El funcionamiento de este sensor va a detectar si la tierra esta húmedo o seco.

Para esto se definió una condición sabiendo que el valor 1023 es alto (seco) y 0

el más bajo (húmedo): si el valor es menor que 800 indica que es húmedo y en

caso contrario indica que está seco. El sensor de tierra se expresa en VWC

(contenido de agua).

Gráfico 55 Flujo del sensor de tierra

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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Pantalla LCD

Se procedió a realizar la conexión la Pantalla LCD L con la placa Arduino UNO,

con la finalidad de mostrar resultados de los sensores configurados. Se observa

en la siguiente imagen la respectiva conexión.

Gráfico 56 Conexión del lcd al Arduino cliente

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

Se conecta el display con el Arduino por medio del cable rojo a 5V (VCC).

Se conecta el display con el Arduino por medio del cable negro a tierra

(GND).

Por medio del cable azul del Display, el pin SCL (serial clock) se conecta

con el A5 (I2C SCL) del Arduino.

Por medio del cable verde del Display, el pin SDA (serial data) se conecta

con el A4 (I2C SDA) del Arduino.

Cliente

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Módulo Relé

Se procedió a realizar la conexión la pantalla Módulo Rele y la placa Arduino UNO

con la finalidad de controlar el encendido y apagado de la bomba de agua. Se

observa en la siguiente imagen la respectiva conexión.

Gráfico 57 Conexión del relé al Arduino

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

Se conecta el rele con el Arduino por medio del cable rojo a 5V (VCC).

Se conecta el rele con el Arduino por medio del cable negro a tierra (GND).

Por medio del cable rosa del rele, el pin 1 se conecta con el pin 5 del

Arduino.

Cliente

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Flujo de funcionamiento del Módulo Relé

Se configuró en el relé el pin 5, por medio de este pin se da la señal con la

condición de: si la tierra esta húmeda la bomba se mantiene en apagado y en caso

contrario la bomba se activa.

Gráfico 58 Flujo del relé

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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117

Conexión de los Arduinos

Se procedió a realizar la conexión del Arduino Servidor con el módulo rele que se

encarga de encender/apagar el sistema automático configurado en el Arduino

Cliente. Se observa en la siguiente imagen la respectiva conexión

Gráfico 59 Conexión de los Arduinos

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

De acuerdo al diseño se puede notar lo siguiente:

Se conecta el rele con el Arduino Servidor por medio del cable rojo a 5V

(VCC).

Se conecta el rele con el Arduino Servidor por medio del cable negro a tierra

(GND).

Por medio del cable amarillo del rele, el pin 1 se conecta con el pin 4 del

Arduino Servidor.

Por medio del cable morado del rele, el NO (pin 5) se conecta con VIN (input

voltage) del Arduino Cliente.

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118

CÓDIGOS DE LOS ARDUINOS

Arduino Cliente

Este Arduino cumple con la función de riego automática, es decir que envía los

valores de los sensores y se mostrarán en la página web creada por el

administrador. Para la codificación de los dispositivos se requirió el uso del

Software Arduino

Se realizó la programación de los sensores, el cual es necesario subir el código a

la placa para el correcto funcionamiento del sistema.

o Se define las librerías de los sensores y el Display.

o Se declaran las variables de los sensores, electroválvula, relé y bomba

o Se especifica la entrada/salida de la señal de los sensores.

o Se especifica la función del sensor ultrasónico y el cálculo de la distancia del

tanque.

o Se muestra por pantalla los datos reales de los sensores.

o La información es mostrada en la pantalla LCD de los sensores y en la

página se puede observar la gráfica en tiempo real de cada uno de ellos.

o Arduino Servidor

Este segundo Arduino cumple con la función de riego manual, el cual es necesario

subir el código a la placa para el correcto funcionamiento del sistema.

o Se define las librerías necesarias.

o Se declaran la variable del relé.

o Se especifica la condición para activar/desactivar el sistema automático.

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119

Prototipo del Proyecto

El prototipo realizado cumple los objetivos propuestos en este proyecto, cada

sensor está en un correcto funcionamiento.

Gráfico 60 Prototipo

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Todo el circuito es alimentado por un panel solar, se tiene una reserva de agua, la

bomba, distribución de agua y sin desperdicio de las mismas.

Gráfico 61 Área del prototipo

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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120

Construcción del Prototipo

Para la construcción de la maqueta se necesitaron los siguientes materiales:

- Arduino uno - Relé

- Bomba y bomba sumergible - Shield Ethernet

- Powerbank solar - Sensor ultrasónico

- Sensor de lluvia - Sensor de tierra

- Pantalla LCD - Jumpers

- Cables de red - Servidor (PC)

Desarrollo

En la madera se trazó las dimensiones de la base de la maqueta, la cual se

dejó un espacio para colocar el recipiente que contendría el sensor de tierra,

la tierra de sembrado y los sembríos junto con la manguera para realizar el

riego.

Se colocó el foamix de césped para darle un ambiente de campo con las

mismas dimensiones de la base hecha en madera.

Hacia un lado de la maqueta se adhirió las conexiones, el Arduino con el

Shield Ethernet, todos los sensores conectados, la bomba conectada al relé

y solo se encenderá cuando el sensor de tierra detecte el suelo seco, la

pantalla LCD nos permitirá observar el monitoreo de cada sensor.

El panel solar alimenta todo el circuito, este elemento será visible en la

maqueta ya que ira en la parte superior.

La reserva de agua llevara en la parte superior el sensor ultrasónico, el cual

medirá en cm la distancia que hay de agua en el tanque.

En el césped ira colocado el sensor de lluvia de manera visible..

Se añadió a la bomba un adaptador (T) para la distribución del agua en dos

caminos por medio de unas mangueras

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121

Fases de Prueba

Pruebas en un solo Arduino

Se realizó la prueba de poner todo el código en un solo Arduino y arrojó el siguiente

mensaje de error, esto quiere decir que el Arduino Uno no cuenta con la suficiente

capacidad de memoria para optimizar el código, ya que su máxima capacidad es

2048 bytes (2k).

Gráfico 62 Prueba de error

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Como solución es preferible utilizar el Arduino Mega para que pueda ejecutar la

codificación, ya que la capacidad de memoria es de 8192 bytes (8k).

Razones de utilizar dos Arduino Uno:

o Para la transmisión de los datos entre los dispositivos se usan cables

Ethernet y estos deben ser configurados en el Arduino por una librería

¨Ethernet¨.

o La librería Ethernet permite trabajar bajo una sola función que puede ser

cliente o servidor.

o El Arduino cliente es el que va a enviar al servidor los valores de los

sensores.

o El Arduino servidor es el que va a recibir la señal enviada desde el servidor

para cumplir la función dada por el usuario.

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122

Descripción de la Pagina Web

El administrador podrá hacer uso de la página web mediante el admin y su

respectiva contraseña.

Gráfico 63 Admin

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

La presentación de la página principal se puede observar dando click en el botón

inicio, donde se observara las imágenes de los diferentes productos que se

cultivan en la parroquia Guale y se describe el objetivo, resumen y beneficios del

proyecto.

Gráfico 64 Inicio

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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123

En la pestaña Sensores mostrara los gráficos, indicando la información recibida

por cada sensor.

Gráfico 65 Gráficas

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

En la sección Manual observaremos dos botones que nos permiten apagar y

encender el sistema de riego autónomo.

Gráfico 66 Manual

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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124

Pruebas de los sensores

A continuación, se detalla los gráficos correspondientes de cada uno de los

sensores con su respectiva información.

Sensor de ultrasónico

El ultrasónico para medir la distancia de agua que hay en el tanque se expresa

en centímetros (CM). Cada 10 segundos se actualizan los datos y se puede ver la

fecha/hora del último valor tomado.

Gráfico 67 Resultados del ultrasónico

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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125

Sensor de tierra

El sensor de tierra se expresa en contenido de agua que hay en la superficie de la

tierra (VWC). Cada 10 segundos se actualizan los datos y se puede ver la

fecha/hora del último valor tomado.

Gráfico 68 Resultados del sensor de tierra

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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126

Registro de los datos de sensores

Este permiso solo lo tiene el administrador y puede observar el proceso de los

sensores ya sea durante días, semanas o meses.

Gráfico 69 Base de datos de los sensores

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

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127

CAPITULO IV

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

1. Para el agricultor el ahorro de dinero al momento de trabajar en un sembrío

es algo primordial como en cualquier negocio, la escasez de agua y la falta

de energía eléctrica llevaba al gasto requerimientos extras para cubrir

estas necesidades. A pesar del costo de instalación el sistema de riego

autónomo planteado cubrirá de manera parcial o total los dos principales

problemas del sector la energía eléctrica y el agua, permitiéndole recuperar

su inversión al pasar del tiempo.

2. Se concluyó aplicar para el lugar la técnica de riego por goteo, ya que la

superficie en estas zonas no son totalmente planas. Al tener pendiente se

dificulta el riego para el cultivo, por lo cual la técnica gota a gota resulta

idónea.

3. Para determinar el tipo de equipos que se implementaran en el diseño se

realizó cuadros comparativos de características, que se adapten a lo que

se necesita y que tenga un costo de adquisición considerado en el

mercado.

4. Se tomó en cuenta la idea de tener varios sistemas de energía solar

fotovoltaica de distintos voltajes y costo muy accesibles, concibiendo así

de forma más efectiva la idea de autonomía en el sistema.

5. El proyecto propuesto está destinado para media hectárea, pero si se

requiere para más hectáreas también se puede aplicar por ser un diseño

escalable.

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128

RECOMENDACIONES

1. Tomar en cuenta variables de otros tipos de cultivos y sistemas de riego

e implementar mejoras a ellos ya que este estudio solo abarca el sistema

de riego por goteo para un tipo de cultivo.

2. Realizar un estudio de cultivos con características parecidas y establecer

si existe algún otro tipo de sistema de riego que pueda funcionar

óptimamente con el sistema autónomo.

3. Se recomienda cada seis meses darles mantenimiento a los equipos

para su buen funcionamiento.

4. Actualmente existen kits de paneles solares, donde viene un equipo

completo que se adapte a las características donde se lo desea

implementar.

5. Las conexiones de este diseño son por medio de cables, pero también

se podría aplicar para un sistema inalámbrico si así se lo desea

implementar.

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ANEXOS

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CODIGO DEL ARDUINO CLIENTE

#include <dht11.h>

#include <Ethernet.h>

#include <SPI.h>

#include <Wire.h>

#include <Adafruit_GFX.h>

#include <Adafruit_SSD1306.h>

dht11 DHT;

#define DHT11_PIN 4

//int valvu = 6;

int sensorPin = A0;

int sensorValue ;

// Configuracion del Ethernet Shield

byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFF, 0xEE}; // Direccion MAC

byte ip[] = { 10,100,92,70 }; // Direccion IP del Arduino

byte server[] = { 10,100,92,34 }; // Direccion IP del servidor

const int TriggerPin = 2; // pin del TRIGGER

const int EchoPin = 3; // pin del ECHO

long Duracion = 0;

EthernetClient client;

#define OLED_RESET 4

Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);

#define NUMFLAKES 10

#define XPOS 0

#define YPOS 1

#define DELTAY 2

#define LOGO16_GLCD_HEIGHT 16

#define LOGO16_GLCD_WIDTH 16

#if (SSD1306_LCDHEIGHT != 32)

#error("Height incorrect, please fix Adafruit_SSD1306.h!");

#endif

void setup(){

display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);

pinMode(TriggerPin,OUTPUT); // Pin del TRIGGER lo ponemos en output

pinMode(EchoPin,INPUT); // Pin del ECHO lo ponemos en input

pinMode(5,OUTPUT);

//pinMode(valvu,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

Serial.println("DHT TEST PROGRAM ");

Serial.print("LIBRARY VERSION: ");

Serial.println(DHT11LIB_VERSION);

Serial.println();

Serial.println("Type,\tstatus,\tHumidity (%),\tTemperature (C)");

Ethernet.begin(mac, ip); // Inicializamos el Ethernet Shield

testscrolltext();

delay(2000);

display.clearDisplay();

}

void loop(){

int chk;

int temp;

int hum;

digitalWrite(TriggerPin, LOW); // ponemos el pin TRIGGER en LOW

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delayMicroseconds(2); // esperamos 2 milisegundos

digitalWrite(TriggerPin, HIGH); // ponemos el pin TRIGGER en HIGH

delayMicroseconds(10); // lo temos activado durante 10 milisegundos

digitalWrite(TriggerPin, LOW); // ponemos el pin del TRIGGER en LOW

Duracion = pulseIn(EchoPin,HIGH); // Esperamos a que el pin del ECHO

devuelva HIGH, y guardamos el tiempo

// Devuelve el tiempo en milisegundos

long Distancia_mm = fDistancia(Duracion); // Funcion para calcular la

distancia

Serial.print("DHT11, \t");

chk = DHT.read(DHT11_PIN); // READ DATA

switch (chk){

case DHTLIB_OK:

Serial.print("OK,\t");

break;

case DHTLIB_ERROR_CHECKSUM:

Serial.print("Checksum error,\t");

break;

case DHTLIB_ERROR_TIMEOUT:

Serial.print("Time out error,\t");

break;

default:

Serial.print("Unknown error,\t");

break;

}

// DISPLAT DATA

sensorValue = analogRead(sensorPin);

hum = DHT.humidity,1;

Serial.print(",\t");

temp = DHT.temperature,1;

Serial.println(temp);

Serial.println(hum);

Serial.println(sensorValue);

Serial.println(Distancia_mm);

// text display tests

display.setTextSize(1);

display.setTextColor(WHITE);

display.setCursor(0,0);

display.setTextSize(1);

display.print("Temperatura:");

display.println(temp);

display.print("Humedad:");

display.println(hum);

display.print("Tierra:");

// display.println(sensorValue);

//if (sensorValue<800){

display.println("humedo");

digitalWrite(5,HIGH);

digitalWrite(valvu,HIGH);

}

// else{

display.println("seco");

digitalWrite(5,LOW);

digitalWrite(valvu,LOW);

}

display.print("Tanque:");

display.println(Distancia_mm);

display.display();

delay(2000);

display.clearDisplay();

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// Proceso de envio de muestras al servidor

Serial.println("Connecting...");

if (client.connect(server, 80)>0) { // Conexion con el servidor

client.print("GET /arduino/controller/index.php?temp="); // Enviamos

los datos por GET

client.print(temp);

client.print("&hum=");

client.print(hum);

client.print("&tie=");

client.print(sensorValue);

client.print("&dis=");

client.print(Distancia_mm);

client.println(" HTTP/1.0");

client.println("User-Agent: Arduino 1.0");

client.println();

Serial.println("Conectado");

} else {

Serial.println("Fallo en la conexion");

}

if (!client.connected()) {

Serial.println("Disconnected!");

}

client.stop();

client.flush();

delay(1000); // Espero un minuto antes de tomar otra muestra

}

long fDistancia(long tiempo)

{

// Calculamos la distancia en mm

// ((tiempo)*(Velocidad del sonido)/ el camino se hace dos veces)

long DistanceCalc; // Variable para los cálculos

//DistanceCalc = (tiempo /2.9) / 2; // Cálculos en milÃmetros

DistanceCalc = (tiempo /29) / 2; // Cálculos en centÃmetros

// DistanceCalc = (tiempo / 74) / 2; // Cálculos en pulgadas

return DistanceCalc; // Devolvemos el calculo

}

void testscrolltext(void) {

display.setTextSize(2);

display.setTextColor(WHITE);

display.setCursor(10,0);

display.clearDisplay();

display.println("UG-CINT");

display.display();

delay(1);

display.startscrollright(0x00, 0x0F);

delay(2000);

display.stopscroll();

delay(1000);

display.startscrollleft(0x00, 0x0F);

delay(2000);

display.stopscroll();

delay(1000);

display.startscrolldiagright(0x00, 0x07);

delay(2000);

display.startscrolldiagleft(0x00, 0x07);

delay(2000);

display.stopscroll();

}

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CODIGO DEL ARDUINO SERVIDOR

#include <SPI.h>

#include <Ethernet.h>

int autom = 4;

//int bomba=5;

//int valvu=6;

// Declaración de la direcciones MAC,IP,GATEWAY y SUBNET.

byte mac[]={0xDE,0xAD,0xBE,0xEF,0xFE,0xED};

// Dentro del cdm de Windows ponemos ipconfig y buscamos en adaptador de

LAN inalámbrica

IPAddress ip(10,100,92,35); // 192.168.1.XX donde XX es una dirección

que no esté utilizada

IPAddress gateway(10, 100, 92, 80);

IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);

// Creamos un servidor Web con el puerto 80 que es el puerto HTTP por

defecto

EthernetServer server(80);

void setup()

{

Serial.begin(9600); // Comienzo de la comunicación serie

// Inicializamos la comunicación Ethernet y el servidor

Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet);

server.begin();

Serial.print("La IP del servidor local es: ");

Serial.println(Ethernet.localIP()); // Nos devuelve la IP del

Ethernet Shield

pinMode(autom,OUTPUT);

pinMode(bomba,OUTPUT);

pinMode(valvu,OUTPUT);

digitalWrite(autom,HIGH);

//digitalWrite(bomba,HIGH);

//digitalWrite(valvu,HIGH);

}

void loop()

{

EthernetClient client = server.available(); // Creamos un cliente Web

// Cuando detecte un cliente a través de una petición HTTP

if (client)

{

Serial.println(); // Salto de lÃnea

Serial.println("Nuevo cliente");

Serial.println();

boolean currentLineIsBlank = true; // Una petición HTTP acaba con

una lÃnea en blanco

String cadena=""; // Creamos una cadena de caracteres vacÃa

while (client.connected())

{

if (client.available())

{

char c = client.read();// Leemos la petición HTTP carácter

por carácter

Serial.write(c);// Visualizamos la petición HTTP por el

Monitor Serial

cadena.concat(c);// Unimos el String 'cadena' con la petición

HTTP (c).

// De esta manera convertimos la petición HTTP a un String

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// Ya que hemos convertido la petición HTTP a una cadena de

caracteres, ahora podremos buscar partes del texto.

int posicion=cadena.indexOf("bomba"); // Guardamos la

posición de la instancia "LED=" a la variable 'posicion

int posicion3=cadena.indexOf("auto"); // Guardamos la

posición de la instancia "LED=" a la variable 'posicion'

int posicion2=cadena.indexOf("bomba2"); // Guardamos la

posición de la instancia "LED=" a la variable 'posicion

int posicion4=cadena.indexOf("auto2"); // Guardamos la

posición de la instancia "LED=" a la variable 'posicion'

if(cadena.substring(posicion)=="bomba=ON") // Si en la

posición 'posicion' hay "LED=ON"

{

//Note the approach used to automatically calculate the

size of the array.

//digitalWrite(bomba,LOW);

//digitalWrite(valvu,LOW);

//Serial.println("bombaon");

}

else if(cadena.substring(posicion2)=="bomba2=OFF") // Si en

la posición 'posicion' hay "LED=OFF"

{

//digitalWrite(bomba,HIGH);

//digitalWrite(valvu,HIGH);

//Serial.println("bombaoff");

}

if(cadena.substring(posicion3)=="auto=ON") // Si en la

posición 'posicion' hay "LED=OFF"

{

digitalWrite(autom,LOW);

Serial.println("autoon");

}

else if(cadena.substring(posicion4)=="auto2=OFF") // Si en la

posición 'posicion' hay "LED=OFF"

{

digitalWrite(autom,HIGH);

Serial.println("auto=oof");

}

// Cuando reciba una lÃnea en blanco, quiere decir que la

petición HTTP ha acabado y el servidor Web está listo

// para enviar una respuesta

if (c == '\n' && currentLineIsBlank)

{

// Enviamos al cliente una respuesta HTTP

client.println("HTTP/1.1 200 OK");

client.println("Content-Type: text/html");

client.println();

// Página web en formato HTML

client.println("<html>");

client.println("<head>");

client.println("</head>");

client.println("<body>");

client.println("<br/><br/>");

client.println("<font color='teal'>");

client.println("<h1 align='center'>Activar o Desactivar

Sistema</h1>");

// Creamos los botones.

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// Para enviar parámetros a través de HTML se utiliza el

método URL encode.

// Los parámetros se envÃan a través del sÃmbolo '?'

client.println("<div style='text-align:center;'>");

client.println("<br/><br/>");

client.println("<button onClick=location.href='./?auto=ON\'

style='margin:auto;background-color: #84B1FF;color: snow;padding:

10px;border: 1px solid #3F7CFF;width:105px;'>");

client.println("SistemaON");

client.println("</button>");

client.println("<button

onClick=location.href='./?auto2=OFF\' style='margin:auto;background-

color: #84B1FF;color: snow;padding: 10px;border: 1px solid

#3F7CFF;width:105px;'>");

client.println("SistemaOFF");

client.println("</button>");

client.println("</b><br/>");

client.println("</b></body>");

client.println("</html>");

break;

}

if (c == '\n')

{

currentLineIsBlank = true;

}

else if (c != '\r')

{

currentLineIsBlank = false;

}

}

}

// Dar tiempo al navegador para recibir los datos

delay(1);

client.stop();// Cierra la conexión

}

}

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Tabla 42 Presupuesto del prototipo

Fuente: Datos de investigación

Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez

Elementos Unidades Precio Unitario Precio Total

Arduino UNO R3 2 $10 $20

Shield Ethernet 2 $ 13 $ 26

Sensor de lluvia 1 $7.26 $7.26

Sensor ultrasónico 1 $14 $14

OLED LCD LED

Display Module

For Arduino I2C

SPI

1 $13 $13

Sensor de humedad

terrestre YL-69

1 $2.50 $2.50

Jumpers 40(10cm)

40(30cm)

$ 1.56

$2.01

$ 3.57

Módulo Relé 2

canales 5v

2 $3.50 $7

Protoboard 1 $4 $4

Bomba de agua 12V 1 $ 10 $ 10

Bomba sumergible 1 $12 $12

Adaptador 12v-2am 1 $6.30 $6.30

Tanque 1 $1 $1

Manguera 1 $ 0.36 $ 0.36

Power bank solar 1 $17 $17

TOTAL 143.99

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Tabla de circuitos eléctricos de los componentes

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REALIZACIÓN DEL PROTOTIPO DEL SISTEMA

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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO

PARA EL DESARROLLO DE LA AGRICULTURA FAMILIAR EN EL MARCO

DE LA SEGURIDAD ALIMENTARIA

Fuente: (Amaya, 2015)

Elaborado por: (Amaya, 2015)

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SISTEMA DE RIEGO SOLAR PARA VIÑEDOS

Fuente: (LORENTZ, 2012)

Elaborado por: (LORENTZ, 2012)

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SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO ALIMENTADO POR ENERGÍA

FOTOVOLTAICA UTILIZANDO PLC

Fuente: (Alvarez, 2017)

Elaborado por: (Alvarez, 2017)

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153

ELEMENTOS ENCONTRADOS EN LA PARROQUIA GUALE

Bomba sumergible

Mangueras

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154

Generador eléctrico

Controlador

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155

Bomba JET

Purificadores

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156

Caja de control

Equipo Incco