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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
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:
CONTACTO DE LA
INSTITUCIÓN:
Víctor Manuel Rendón entre
Baquerizo Moreno y
Córdova.
NOMBRE: Ab. Juan Chávez Atocha.
TELÉFONO:
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
Título al que opta: Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
XXIII
Gráfico 67 Resultados del ultrasónico .............................................................. 124
Gráfico 68 Resultados del sensor de tierra ...................................................... 125
Gráfico 69 Base de datos de los sensores ....................................................... 126
XXIV
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
XXV
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
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.
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.
3
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.
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
5
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.
7
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.
8
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.
9
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.
10
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.
11
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)
12
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:
13
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).
14
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
15
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)
16
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.
17
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.
18
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
19
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)
25
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.
26
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)
27
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.
28
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
29
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
30
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
31
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.
32
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)
33
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)
34
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.
35
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.
36
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)
37
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)
38
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.
40
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.
41
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.
42
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,
43
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.
44
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
45
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.
46
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
47
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%
48
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%
49
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
50
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
51
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
52
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
53
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.
54
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
55
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.
56
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
57
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.
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.
59
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.
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.
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.
62
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.
63
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.
64
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.
65
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.
66
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
67
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.
68
DISEÑO FINAL
Diseño de sistema de riego autónomo para media hectárea.
Fuente: Datos de investigación
Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez
69
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
70
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
71
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
72
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
73
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.
74
Gráfico 30 Diagrama de bloques
Fuente: Datos de investigación
Elaborado por: Blanca Martillo y Carolina Suárez
75
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
76
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
77
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.
78
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.
79
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.
80
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.
81
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.
82
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.
83
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.
84
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.
85
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
86
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
87
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.
88
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.
89
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
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.
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.
92
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.
93
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
94
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
95
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
96
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
97
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
98
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
99
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
100
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
101
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
102
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
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
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
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
106
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
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.
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.
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
110
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
111
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
112
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
113
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
114
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
115
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
116
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
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.
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.
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
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
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.
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
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
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
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
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
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.
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.
129
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134
ANEXOS
135
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
136
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();
137
// 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();
}
138
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
139
// 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.
140
// 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
}
}
141
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
142
Tabla de circuitos eléctricos de los componentes
143
REALIZACIÓN DEL PROTOTIPO DEL SISTEMA
144
145
146
147
148
149
150
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)
151
SISTEMA DE RIEGO SOLAR PARA VIÑEDOS
Fuente: (LORENTZ, 2012)
Elaborado por: (LORENTZ, 2012)
152
SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO ALIMENTADO POR ENERGÍA
FOTOVOLTAICA UTILIZANDO PLC
Fuente: (Alvarez, 2017)
Elaborado por: (Alvarez, 2017)
153
ELEMENTOS ENCONTRADOS EN LA PARROQUIA GUALE
Bomba sumergible
Mangueras
154
Generador eléctrico
Controlador
155
Bomba JET
Purificadores
156
Caja de control
Equipo Incco