universidad de guayaquil facultad de ingenierÍa...

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE GRADUACIÓN

TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERÍA EN TELEINFORMÁTICA

ÁREA AUTOMATIZACIÓN

TEMA

“DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO AUTOMATIZADO PARA EL SECTOR AGRÍCOLA

CON SUMINISTRO DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA EN EL SECTOR DE SAN LUIS DE PETRILLO

COMUNA LA ARTILLERÍA”

AUTOR MOREANO MUÑOZ BYRON ARTURO

DIRECTOR DEL TRABAJO

ING. SIST. PINCAY BOHÓRQUEZ FREDDY STEVE, MSC.

2017 GUAYAQUIL - ECUADOR

ii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA

“La responsabilidad del contenido de este Trabajo de Titulación, me

corresponde exclusivamente, y el patrimonio Intelectual del mismo a la

Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de Guayaquil”

Moreano Muñoz Byron Arturo

C.C. 0923863914

iii

DEDICATORIA

Le dedico este trabajo de tesis en primer lugar a Jehová Dios por

su amor y misericordia.

A mi madre Ing. Patricia Muñoz que gracias a su amor, ayuda

incondicional enseñándome valores y a luchar para cumplir metas con las

cuales cada día forjar ser una mejor persona tanto en lo personal como en

lo profesional.

A mis amigos y amigas; de toda la Facultad de Ingeniería Industrial

que día a día me enseñan a ser mejor ser humano, sin olvidar a las chicas

de la carrera de Licenciatura en Sistemas de Información Génesis,

Katherine y Selena.

También les dedico este trabajo a las personas que en el

transcurso de la carrera colaboraron brindándome sus conocimientos.

Muchas gracias a todos.

iv

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por mantenerme con salud para poder culminar

con una más de las metas propuestas en esta vida.

A mi familia que han sido un pilar fundamentan brindándome su

ayuda y apoyo incondicional en el transcurso de esta la formación

Universitaria.

A la Universidad de Guayaquil alma mater a la que pertenezco y

siempre llevare con orgullo en mi corazón, como gratos recuerdos a todos

los profesores que no solo impartieron sus conocimientos, si no amigos en

los cuales he podido confiar en el transcurso de la carrera. Un

agradecimiento especial a mi tutor Ing. Freddy Pincay Bohórquez MSc,

por su ayuda, paciencia, sabiduría y respeto durante todo el proceso de

mí trabajo de titulación. Gracias!!!

v

ÍNDICE GENERAL

N° Descripción Pág.

PRÓLOGO 1

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA


1.1 Introducción 3

1.2 Objeto de la investigación 5

1.3 Justificación de la investigación 6

1.4 Objetivo de la investigación 8

1.4.1 Objetivos General 8

1.4.2 Objetivos Específicos 8

1.5 Delimitación del problema 8

1.5.1 Campo: Tecnología de la información y comunicación 8

1.5.2 Área: Automatización 8

1.6 Marco teórico 8

1.6.1 Antecedentes del Estudio 8

1.6.1.1 Estructura del sistema de riego 10

1.6.1.2 Diseño del circuito de control 10

1.6.2 Fundamentación Teórica 11

1.6.2.1 Sistema de riego 11

1.6.2.2 Actuador genérico 12

1.6.2.3 Válvulas automáticas de control solenoide 13

1.6.2.4 Sensor de humedad 14

1.6.2.5 Sensor de luz LDR 16

1.6.2.6 Tuberías 17

vi


1.6.2.7 Adaptadores de goteo de agua 20

1.6.2.8 Automatización 22

1.6.2.9 Raspberry Pi 22

1.6.2.10 Energía fotovoltaica 24

1.6.2.11 Paneles solares fotovoltaicas 27

1.6.2.12 Inversor solar de voltaje 27

1.6.2.13 Batería de ciclo profundo 29

1.6.3 Fundamentación Legal 29

1.6.3.1 Leyes sobre el uso de energía fotovoltaica 29

1.6.3.2 Ley orgánica del servicio público de energía eléctrica 30

1.6.3.3 Leyes sobre el uso del agua 31

1.6.3.4 Ley sobre el impacto ambiental 32

CAPÍTULO II

METODOLOGÍA


2.1 Diseño de la investigación 33

2.1.1 Hipótesis 33

2.2 Modalidad de la Investigación 33

2.3 Tipos e instrumentos de la investigación 34

2.3.1 Instrumentos 34

2.3.2 Encuesta 35

2.4 Variable de la investigación 35

2.4.1 Tipos de variable a medir de la investigación 37

2.5 Población y muestra 37

2.6 Análisis de variables de la investigación 39

2.6.1 Variables independientes: 39

2.6.2 Análisis de los resultados 40

vii

CAPÍTULO III

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS


3.1 Diseño del sistema automatizado autosustentable 50

3.1.1 Sistema de riego por goteo automatizado 50

3.1.2 Materiales del diseño 51

3.1.3 Sensor de luz o fotoresistor LDR 52

3.1.4 Sensor de humedad 52

3.1.5 Transformación de la señal 53

3.1.6 Circuito de mando y potencia de la válvula Solenoide 54

3.1.7 Uso del GPIO 55

3.1.8 Shields controladores 56

3.1.9 Válvula de control 57

3.1.10 Goteros 58

3.1.11 Diseño de la fuente de alimentación de 5, 12, 24 VCD 58

3.1.12 Fuente energética fotovoltaica 61

3.1.12.1 Cálculos de consumo de energía solar para el sistema 61

3.1.13 Fórmula para el cálculo de las baterías de ciclo profundo 63

3.2 Impacto 66

3.3 Conclusiones 67

3.4 Recomendaciones 68

GLOSARIO DE TÉRMINOS 70

ANEXOS 71

BIBLIOGRAFÍA 76

viii

ÍNDICE DE TABLAS


1 Medida de tubería principal 18

2 Medidas de tuberías Secundarias PVC 19

3 Variable Independiente 36

4 Variable Dependiente 37

5 Uso desmedido del agua. 41

6 Consumo de agua en sistemas de riego. 42

7 Aprovechar el agua y cuidado del medio ambiente 43

8 Desigualdad en el consumo de agua 44

9 Uso de energías renovables y su explotación 45

10 Mejoras positivas a sus cultivos. 46

11 Energía eléctrica suficiente. 47

12 Capacidad de inversión. 48

13 Disposición del uso de sistemas de riego 49

14 Características de sensores 52

15 Valor límite del sensor. 53

16 Lógica de control de válvulas solenoides 55

17 Válvula y Bobina 58

18 Consumo de corriente por sectores del sistema

de Riego 60

19 Consumo de voltaje 62

20 Costos de los equipos 66

ix

ÍNDICE DE FIGURAS


1 Sistema de riego combinado por goteo. 7

2 Diseño físico de la planta de regadío a controlar 9

3 Sistema de riego por goteo. 11

4 Válvulas solenoide de pase para agua. 14

5 Sensor de Humedad SH-100. 15

6 Sensor de humedad ECH2O EA-10. 16

7 Fotoresistor LDR. 17

8 Placa Rasberry PI. 23

9 Mapa solar del Ecuador. 25

10 Mapa de radiación solar comuna la Artillería. 27

11 Variables Cuantitativas y Cualitativas. 37

12 Comuna la Artillería. 38

13 Uso desmedido del agua. 41

14 Consumo de agua en sistemas de riego. 42

15 Aprovechar el agua y cuidado del medio ambiente. 43

16 Desigualdad en el consumo de agua. 44

17 Uso de energías renovables y su explotación. 45

18 Mejoras positivas a sus cultivos. 46

19 Energía eléctrica suficiente. 47

20 Capacidad de inversión. 48

21 Disposición de uso de sistemas de riego. 49

22 Sistema de riego por goteo automatizado

autosustendado con energía fotovoltaica. 51

23 Esquema de acondicionador de señal 54

24 Esquema mando y potencia válvulas solenoides 55

25 Esquema de pin de entrada/salida de Raspberry Pi 56

x


26 Esquema alimentación de energía 5 VDC 59



29 Potencial de energía solar en el mundo en en KVh

por día y año. 61

xi

ÍNDICE DE ANEXOS


1 Ley de energía Renovable A 72

2 Ley de energía Renovable B 73

3 Ley de recursos hídricos 74

4 Medio Ambiente 75

xii

AUTOR: MOREANO MUÑOZ BYRON ARTURO TÍTULO: DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO

AUTOMATIZADO PARA EL SECTOR AGRÍCOLA CON SUMINISTRO ENERGÍA FOTOVOLTAICA EN EL SECTOR DE SAN LUIS DE PETRILLO, COMUNA LA ARTILLERÍA.

DIRECTOR: ING. SIST. PINCAY BOHÓRQUEZ FREDDY STEVE, MSC.

RESUMEN En el siguiente trabajo de titulación se presenta el diseño de un

sistema automatizado para los habitantes del sector de San Luis de Petrillo comuna la Artillería del cantón Daule – Provincia del Guayas, con el objetivo de diseñar un sistema de riego automatizado autosustentable por medio de la energía fotovoltaica. Se verá el marco teórico sobre los lugares donde se han implementado estos tipos de sistemas que existen, detallando los tipos de elementos, características de los sistemas de riego por goteo, el uso de la energía fotovoltaica y ventajas; además de mencionar las leyes que regulan el impacto ambiental con respecto al uso de los recursos hídricos, implementación y explotación de energías renovables para la generación de energía eléctrica que involucra nuevas tecnologías enmarcadas en el Plan del Buen Vivir, las mismas que recopilan diversos trabajos de titulación tanto nacionales como extranjeros. Mediante la investigación no Experimental y Bibliográfica se pudo recopilar datos empleando la encuesta como técnica de levantamiento de información realizado a los comuneros, siendo entre los resultados más importantes: El desconocimiento del uso de las energías renovables y sus métodos de explotación para la generación de energía eléctrica y de poseer una conciencia ambiental intrínseca para la conservación de sus cultivo, inquietan a buscar ahorro significativo del agua; se necesita por parte de las autoridades una campaña de motivación para el conocimiento de nuevos métodos de sistemas de riego por goteo automatizado autosustentables que beneficien a este y otros sectores vulnerables. PALABRAS CLAVES: Diseño, Sistema, Riego, Automatizado,

Autosustentable, Fotovoltaico, Explotación, Métodos.

Moreano Muñoz Byron Arturo Ing. Sist. Pincay Bohórquez Freddy Steve, MSc. C.C. 0923863914 Director del Trabajo

xiii

AUTHOR: MOREANO MUÑOZ BYRON ARTURO SUBJECT: DESIGN OF AN AUTOMATED DRIP IRRIGATION SYSTEM

FOR THE AGRICULTURAL SECTOR WITH PHOTOVOLTAIC ENERGY SUPPLY IN THE SECTOR OF SAN LUIS DE PETRILLO, COMMUNE LA ARTILLERÍA.

DIRECTOR: ENG. SYST. PINCAY BOHÓRQUEZ FREDDY, MGS.

ABSTRACT

The following titling work presents the design of an automated system for the inhabitants of the sector of San Luis de Petrillo commune La Artillería of the Daule canton - Province of Guayas, with the objective of designing a self-sustaining automated irrigation system through the Photovoltaic energy. The theoretical framework will be seen on the places where these types of systems have been implemented, detailing the types of elements, characteristics of drip irrigation systems, the use of photovoltaic energy and advantages; besides mentioning the laws that regulate the environmental impact with respect to the use of water resources, implementation and exploitation of renewable energies for the generation of electric energy that involves new technologies framed in the Plan del Buen Vivir, the same ones that compile several national and foreign works. Non-Experimental and Bibliographic research was able to collect data using the survey as a technique for collecting information from people from the commune. Among the most important results were: Ignorance of the use of renewable energies and their exploitation methods for generation of Electrical energy and of having an intrinsic environmental conscience for the conservation of their cultivation, they are anxious to look for significant saving of the water; A motivation campaign is needed by the authorities for the knowledge of new methods of self-sustaining automated drip irrigation systems that benefit this and other vulnerable sectors.

KEY WORDS: Design, System, Irrigation, Automated, Self-sustaining, Photovoltaic, Exploitation, Methods.

Moreano Muñoz Byron Arturo Sys. Eng. Pincay Bohórquez Freddy Steve, MSc. C.C. 0923863914 Director of work

PRÓLOGO

En este trabajo de titulación se hace el análisis de desarrollo del

diseño de un sistema de riego por goteo automatizado con energía

fotovoltaica en el Sector de Petrillo comuna la Artillería, se ha realizado

con el objetivo de aplicar un control automático y una mejor distribución

del recurso hídrico en los cultivos buscando un ahorro del mismo; es decir

aplicar un nivel de tiempo para el riego por medio de los sensores de

humedad de suelo que permiten el monitoreo del terreno.

Su otro objetivo es poder implementar tecnologías de generación

eléctrica en el sectores donde es de difícil su acceso por su geografía y

verificar las condiciones ambientales necesarias que permitan la

explotación de la energía solar y un correcto funcionamiento de voltaje

para el sistema de riego. El diseño de un sistema de riego eficiente

produce un impacto ambiental dentro del sector con el ahorro del agua

que está destinada para los cultivos.

En este modelo se pude aplicar dos estrategias de control se

conocen como de lazo abierto y lazo cerrado. En sistema de control de

lazo abierto consta en mantener operativo el sistema, en lapsos de tiempo

para que pasado del mismo deje de funcionar el sistema y finalice.

La configuración de lazo o malla cerrada, depende principalmente

del estado en el que se encuentre el variable de salida, la información

adquirida es suministrada área de control por medio de los sensores.

Los beneficios de los sistemas de riego automatizados es poder

conseguir un ahorro de agua hasta de un 85-90% del líquido destinado

para el cultivo ya que su forma de distribución dentro del terreno es

Prólogo 2

directamente a la raíz de la planta por medio de tuberías en períodos de

tiempo controlados y buscando la auto sustentación eléctrica, permitirá el

ingreso de nuevas tecnologías para solucionar el problema energético;

generando energía suficiente por medio de paneles solares.

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

1.1 Introducción

Diseño de un sistema Automatizado de riego por goteo en el sector

de San Luis de Petrillo en la comuna de la Artillería, en este caso se

investigara cuáles son los factores o variables que permiten dar una

solución al desperdicio de agua, ya que muchos de los productores

esperan la temporada de invierno para poner iniciar la siembra de sus

cultivos, en el cual se analiza el diseño de un sistema de riego con

energía fotovoltaica auto sustentable con paneles solares y el uso de

microcontroladores que controlaría de manera inteligente el sistema de

riego por goteo con sensores de humedad, sistemas de vigilancia, luces

para la noche, debido a que el sector consta con energía eléctrica

deficiente, no todas las fincas del sector tienen esa facilidad debido a

problemas geográficos con una gran extensión de terreno la cual hacen

que el acceso de este servicio sea difícil de obtener.

En este sector los niveles de radiación solar o exposición al sol son

permanentes en todo el año en el cual se podrá aprovechar ese recurso

energético esto facilita el campo de investigación para en el futuro se

implementen fincas automatizadas en el Ecuador, con esta investigación

se diseña un sistema que supla las necesidades agrícolas.

Según (Daniel Gutiérrez, 2015) el 71 % de la superficie terrestre, le

otorga a nuestro planeta ese distintivo tono azul, a pesar de esa cantidad

de agua disponible para el abastecimiento humano es poca. A nivel

El Problema 4

global, el 70% del agua se utiliza en agricultura, otro 20% en industria y

10% para abastecer a la población. Este será nuestro mayor problema el

abastecimiento como disminuir el desperdicio del agua para los sembríos.

En la mayoría de las fincas constan con pozo profundo y otras se

abastecen de agua por medio del rio o esteros del sector.

Estos antecedentes están en fincas automatizadas por medio de

sistemas domóticos ya está siendo usado en otros países como el caso

de Republica Dominicana que consta con haciendas automatizadas en el

municipio de Constanza.

El proyecto Fertirrigación para cultivo de hortalizas de José Herrera,

en la zona de palero Constanza.

Finca de hortícola Manolo Rivas, de nombre Manolin en la zona de

palero, Constanza.

La finca Quezada de Miguel Quezada “Miguel Papa”, en cañada seca

Constanza.

En caso de Ecuador también se ha realizado estos estudios de

diseños de sistemas de riego en tesis.

Diseños e implementación de riegos automatizados y controlado en

forma inalámbrica en el sector popular de Balerio Estacio. Autor: Juan

Carlos Vásconez Cuzco

En el caso de Perú se han realizado nuevas implementaciones de

diseño de sistemas de riego por goteo para determinados cultivos.

Tenemos como referencia el diseño de un sistema de riego

automatizado para riego por goteo para Palta Hass. Autor: Abio

Diógenes Salcedo Torres

Esta propuesta solucionaría los problemas de pequeños y grandes

productores emprendedores a nuevas tecnologías a nuestro alcance, hoy

El Problema 5

en día se está usando mucho los de paneles solares como método de

almacenaje y alimentación de energía eléctrica de muchos sistemas, lo

implemento la CTE con sus medidores de velocidad en lugares donde no

hay electricidad, los podemos encontrar en los parques y lugares de

distracción publica siendo ubicados en lugares estratégicos para la carga

de dispositivos celulares, con ese valioso recurso se hace la

implementación de un sistema automatizado que nos permite ahorrar

tiempo en el sector agrícola.

1.2 Objeto de la investigación

Analiza el impacto que tendría el uso nuevas tecnologías en la

mejora de la producción agrícola, se puede tener datos importantes de

cómo da una solución al problema del suministro de agua y como se

ahorra el líquido vital con un sistema de riego por goteo inteligente que

permita producir en épocas de verano cuando el agua es adquirida solo

de pozos profundos, este análisis nos ayuda para los cultivos de ciclo

largo que son los que tiene que soportar meses en las cuales no hay

lluvias, esta investigación puede especificar las necesidades y dar

soluciones con una sustentado por medio de unas de los métodos de

poder obtener energías renovables desarrollando un sistema automático

capaz de mantener la humedad necesitaría del suelo para los cultivos por

medios del riego por goteo.

Para dar una ayuda al productor en el proceso de cultivo de un

producto ya que en muchos lugares del país no poseen la energía

eléctrica necesaria y en casos extremos no hay ese servicio teniendo en

cuenta la geografía de determinados sectores hace muy difícil su acceso.

El Ecuador consta de un sistema Montañoso muy amplio y extenso

que hace que en determinados lugares del país no llegan los servicios

El Problema 6

básicos como la luz eléctrica y ciertos cultivos estén esperanzados a solo

las épocas de lluvia para cultivar el terreno.

1.3 Justificación de la investigación

Por medio de las energías renovables y un sistema automatizado

se podrá resolver algunos aspectos en la producción de alimentos de

consumo como los vegetales y hortalizas, este sistema puede ser usado

en lugares donde la luz eléctrica no llegue; el cual con este análisis se

tendrá una metodología de cómo hacer grandes alcances de cómo

obtener un ahorro del líquido vital por medio del sistema inteligente, esto

reduce el impacto ambiental disminuyendo el consumo de agua en los

cultivos por medio del uso sistemas sustentados con energías renovables.

Identificar cuáles son los problemas más comunes del sector a

investigar para hacer mejoras del aprovechamiento de recursos naturales,

este caso el estudio nos ayuda y dar una pauta de cómo utilizar las

tecnologías a nuestro favor.

Por medio de este sistema se puede aprovechar el consumo de

agua, la producción mejora ya que por falta de riego no adecuado se

pierden muchos de los cultivos y no se logra las metas, porque este

sistema de riego trabajara las 24 horas del día, se conseguiría un

importante aporte al uso de consumo energético que sería sustentado

con energía solar la cual será almacenada en baterías especiales que nos

permite que el sistema siga trabajando en la noche.

Proponiendo la investigación y el análisis de cómo se puede

lograr que el diseño de un sistema automatizado (un sistema inteligente)

el cual se encarga del riego de las plantaciones activando sensores para

el pase de agua a las tuberías para el riego por goteo y almacenamiento

del agua en tanques para la próxima distribución del mismo, usada para el

El Problema 7

sembrío la cual se activa a una determina hora el pase del agua para el

riego por goteo, que es muy propicio para las épocas en que las lluvias

son escasas y la gente solo usa el agua obtenida por medio de pozo

profundo.

Con un sistema automatizado no solo puede ser usado en viveros

o en cultivos en campo abierto, puede ser usados para cultivos

hidropónicos para no desaprovechar el agua dentro de lugares donde la

obtención del agua es un problema ya que agua de este proceso cumple

un ciclo a no solo los irrigando el cultivo sino también proveyendo de

agua oxigenada para los peces, mejora la producción de alimentos dentro

del Ecuador.

A continuación observaremos la figura N° 1 acerca Sistema de

Riego combinado por goteo y aspersión.

FIGURA N° 1

SISTEMA DE RIEGO COMBINADO POR GOTEO

Fuente:www.urp.edu.pe/pdf/ingenieria/mecatronica/Paper_Automatizacion_de_un_Sistema_de_Riego_ Corregido.pdf Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

El Problema 8

1.4 Objetivo de la investigación

1.4.1 Objetivo General

Proponer un sistema de riego automatizado y autosustentable para

el cultivo de ciclo corto en la zona de San Luis de Petrillo en la comuna

conocida como la Artillería.

1.4.2 Objetivos Específicos

Identificar las condiciones ambientales dentro del sector para

explotación de la energía fotovoltaica para la generación de energía

eléctrica.

Analizar el sistema automatizado de riego que cumpla con estándares

controlando el impacto ambiental.

Diseñar un sistema de riego automatizado para el sector agrícola.

1.5 Delimitación del problema

1.5.1 Campo: Tecnología de la información y comunicación

1.5.2 Área: Automatización

1.6 Marco teórico

1.6.1 Antecedentes del Estudio

El riego por goteo es una técnica que se comenzó a usar en la

época de los 70, en eso tiempos un técnica nueva esta consiste en llevar

el agua por medio de tuberías con calibre pequeño colocadas a lo largo

del cultivo para que sea irrigado en forma lenta, esta técnica se comenzó

El Problema 9

a usar en todo el mundo 160.000 hectáreas de cultivos con este sistema

en los Estados Unidos con 50.000 hectáreas; Austria con 17.000 ha;

Israel 10.000 ha; África del Sur con 7.000 ha; América Latina y México

5.000 hectáreas (Blair, 1979).

Considera el diseño de un sistema de riego automatizado basado

en diseños anteriores el cual esta administrado por un PLC y sustentada

con energía eléctrica convencional, en este caso modificar diseño de

PLC a una placa inteligente que permita el control del sistema de riego

interactuando con el usuario y alimentado por energía fotovoltaica.

El cual nos permitiría hacer de este un caso de estudio de cómo

fusionar la tecnología con un sistema de riego convencional y diseñar uno

automatizado he inteligente, que proponga una mejor distribución del

agua y así aminora el desperdicio del mismo en el cultivo.

FIGURA N° 2

DISEÑO FÍSICO DE LA PLANTA DE REGADÍO A CONTROLAR

Fuente:http://www.urp.edu.pe/pdf/ingenieria/mecatronica/Paper_Automatizacion_de_un_Sistema_de_Ri ego_Corregido.pdf Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Para la instalación del sistema de riego por goteo es fundamental la

obtención de cálculos previos de pérdida de energía, la manera de

distribuir el líquido para tomar decisiones sobre la forma topológica del

sistema a instalar y los materiales a utilizar (Daniel Gutiérrez, 2015).

El Problema 10

Se empleara un dispositivo de entrada un sensor de humedad

HS1100 con los que se determinará obtener datos de humedad durante la

noche. La activación y desactivación del circuito será monitoreada por un

contador que permita determinar las horas de operación del sistema;

existirá una única salida que permita el cerrado de la llave reguladora

activada por electroválvula y por un circuito electrónico de potencia

(Daniel Gutiérrez, 2015).

1.6.1.1 Estructura del sistema de Riego

Un diseño de goteo está conformado de líneas principales,

secundarias y laterales. Las rectas laterales pueden ser de tubo plástico

pequeño combinado con goteros o simplemente de tubo PVC de baja

presión con orificios que permiten la salida del agua para controlar el

tiempo de riego en campos individuales (Daniel Gutiérrez, 2015).

1.6.1.2 Diseño del Circuito de Control

El circuito de control se implementa a través de una placa

Raspberry Pi él cual se encargara de la regulación de la presión de agua

del regio, la programación contará con temporizadores programados para

activarse cada 5 horas permitiendo realizar el riego por goteo

cronológicamente controlado.

Además se utilizarán sensores resistivos de luz (LDR) que

determina la cantidad de luz en el ambiente regulando el sistema para

evitar problemas de quemado las hojas de la plata por reflejo en la

superficie (Daniel Gutiérrez, 2015).

El proyecto está basado en una propuesta de topología óptima

para el riego por goteo, se utilizarán tubos de acero inoxidable que se

instalarán debajo del suelo del cultivo (Daniel Gutiérrez, 2015).

El Problema 11

Podemos ver que por medio del análisis de su estudio ha

considerado una superficie de 10m x 10m para la aplicación de las

pruebas iniciales, ubicando estratégicamente los goteos a una distancia

proporcional de 2,5 metros de radio hidrostático del resistor de humedad,

donde LP representa la línea principal, LS1 y LS2 son las líneas

secundarias de presión (Daniel Gutiérrez, 2015). El control de riego por

goteo está programado para activar cada 6 horas la válvula reguladora.

Cumplido este tiempo, el sistema de riego por goteo se detiene

momentáneamente, dando paso al sistema de riego por aspersión que se

encuentra controlado por los sensores de luz. Se colocan 4 sensores que

determinen la cantidad luminosa en el lugar de riego determinada (Daniel

Gutiérrez, 2015).

1.6.2 Fundamentación Teórica

Exponer la información obtenida de otras investigaciones de otros

autores de un sistema de riego.

1.6.2.1 Sistema de riego

Es el método utilizado en zonas áridas en las cuales es muy

escasa el agua, optimizando el uso de agua y abonos colocado en el

área de irrigación directamente en la zona de la raíz de la planta.

FIGURA N° 3

SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO

Fuente: http://www.mapama.gob.es/ministerio/pags/biblioteca/

hojas/hd_1991_04-05.pdf Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

El Problema 12

1.6.2.2 Actuador Genérico

Un actuador es un dispositivo inherentemente mecánico cuya

función es proporcionar fuerza para mover otro dispositivo, la fuerza que

provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles presión neumática,

presión hidráulica y fuerza motriz eléctrica subdividiéndolos en motor

eléctrico o solenoide (C., 2014).

Tipo de movimiento de salida del actuador

Multigiro: Este va girando múltiples veces el eje roscado de la válvula

como un tornillo, por lo que éste se desplaza linealmente.

Giro Parcial: Hace girar el eje de la válvula generalmente 90º, por eso

también en conocido por actuadores de cuarto de giro.

Fuente de energía del actuador

Eléctrico: El dispositivo esta alimentado por corriente continua o

alterna para su funcionamiento.

Pneumático: Aire o gas presurizado provoca el movimiento de sus

partes mecánicas, son extensamente utilizados por su bajo costo.

Cuando se tiene problemas en su funcionamiento en este elemento

es más fácil de diagnosticar o reparar a diferencia que los actuadores

eléctricos.

Funcionalidad de un actuador

Estas son disposiciones en las que son sincronizadas estos

elementos para poder graduar el pase del contenido por medio de las

tuberías.

Abrir / Cerrar.

El Problema 13

Posicionar a un grado de obertura.

Modular en función de unas condiciones que pueden ir cambiando.

Cierre de emergencia.

1.6.2.3 Válvulas automáticas de control solenoide

Las válvulas de retención, válvulas uniflujo o válvulas check su

trabajo es el cierre de paso del fluido en circulación ya sea este gaseoso o

líquido.

Válvula limitadora de caudal: de pistón tipo globo con piloto externo

para servicio limitador de caudal, esto permite que el caudal que pase a

través de la válvula no sobrepase el tarado en el piloto.

Válvula sostenedora de presión: de pistón tipo globo con piloto externo

para servicio sostenedor de presión aguas arriba, consiguiendo

mantener la presión de entrada por encima del piloto regulador.

Válvula alivio de sobre presione: de pistón tipo globo de doble cámara

con piloto externo para servicio de disminuir el sobre presiones, la

válvula estará en posición.

Válvula reductora y sostenedora de presión: de pistón tipo globo con

pilotos externos para servicio de reductora de presión aguas abajo y

sostenedora de presión aguas arriba.

Esta proporcionará una presión reducida constante en la salida

según el tarado del piloto reductor a la vez que conseguirá también

mantener la presión en la entrada por encima de la tarada en el piloto

sostenedor.

Propiedad

Fluido a controlar (características de viscosidad y pH).

Rangos de Presión con los que se desea trabajar (MOPD y MinOPD).

El Problema 14

Temperatura del fluido (y del medio externo).

Tipo de cañería o conexión (tamaño y estilo).

Características eléctricas de la válvula (rangos de voltaje que trabaja;

CC o AC).

Opciones específicas para la aplicación:

Normalmente abierta o cerrada.

Presión segura de trabajo (SWP).

Con o sin vástago manual.

FIGURA N° 4

VÁLVULA SOLENOIDE DE PASE PARA AGUA

Fuente: https://www.ecured.cu/V%C3%A1lvula_solenoide Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

1.6.2.4 Sensor de humedad

Definición

Estos son higrómetros o psicrómetro dispositivos capaz de medir la

humedad del suelo.

El Problema 15

Veremos referencias de algunos tipos de sensores para estos

trabajos de automatización tales como:

Es un sensor SH-1100 el cual nos permite tener información de la

humedad relativa del entorno, el cual está conformado por una celda

capacitiva.

FIGURA N° 5

SENSOR DE HUMENDAD SH-1100

Fuente: https://www.todopic.com.ar/utiles/hs1100es.pdf

Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Sensor de ECH2O EA-10 útil para las lecturas de humedad del

suelo interface de 4-20mA, soporta un voltaje de 7-32V, tamaño de 10 cm,

tiempo de respuesta de 10ms.

A continuación se observará la figura N° 6 acerca del sensor de

humedad ECH20 EA-10.

El Problema 16

FIGURA N° 6

SENSOR DE HUMENDAD ECH2O EA-10

Fuente:http://manuals.decagon.com/Manuals/Discontinued/10458_ECH2O%20 EA-10_Web.pdf Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Este sensor es muy usado en la automatización por sus

características que son muy útiles:

Desaturación instantánea.

Compatibilidad con el proceso de montaje automatizado.

Alta fiabilidad a lo largo del tiempo.

Apropiado para circuito lineales y de impulso

Tiempo de respuesta rápido.

1.6.2.5 Sensor de luz LDR

Es una resistencia que modifica su valor en función de la luz que

incide sobre el sensor, también llamada fotocélula o resistencia LDR; una

fotoresistencia LDR es sensible a la luz que recibe y ofrece una

resistencia mayor o menor en función de la cantidad de luz que recibe.

El Problema 17

FIGURA N° 7

FOTORESISTOR LDR

Fuente:www.electronicaembajadores.com/Productos/Detalle/1/SSLDRCC/se

nsor-de-luz-ldr---conectar-y-listo Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

El módulo de sensor de luz utiliza el fotoresistor LDR para detectar

la intensidad de la luz del medio ambiente; la resistencia del sensor

disminuye cuando el fotoresistor detecta que la emisión solar aumenta.

Características

Resistencia (con luz) de 1k Ohm.

Resistencia (oscuridad) de 10k Ohm.

Vmax de 150V.

Disipación de100mW max.

Dimensiones

Tamaño del sensor de función 2 x 4 x 5mm.

Separación entre pines 4mm.

Largo de patillas 31mm.

1.6.2.6 Tuberías

Tuberías de acero inoxidable

Sistema de riego con tubería PVC adecuado para determinado

El Problema 18

cultivos ya que cada cultivo es muy diferente, ya sea por la manera de

siembra o distancia de cada cultivo. La tubería apropiada para distribución

del agua en un sistema de riego.

TABLA N° 1

MEDIDA DE TUBERÍA PRINCIPAL

DN

(Inch.)

Ø Ext. A

(mm.)

Espesor

Pared Peso

C (mm.) Kg. / Metro

1,1/2" 38.00 1.25 1.280

Fuente: Investigación bibliográfica Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Usos

Agua/ Desagües.

Gas.

Calefacción.

Energía.

Petroquímica.

Tipos de Tuberías

Tuberías sin costuras: se realiza a partir de un lingote cilíndrico, el cual

se calienta antes del proceso de la extrusión.

Tuberías con costura longitudinal: se forma de una lámina de chapa, la

cual para darle forma se tiene que doblar entre sí cerrando el cilindro.

Tuberías con soldadura helicoidal: la soldadura no llega a ser recta, es

decir, está la recorre dando la forma de una tubería roscada o en

espiral.

Tuberías de plástico

Son las tuberías PVC o tuberías de plástico utilizadas para riego

El Problema 19

agrícola están destinadas para las tuberías secundarias por su mejore

manejo ya que estas son las que van directamente a las plantas con los

botones de goteo. Buscando bajar los costos de los elementos a usar. De

estas se pueden dividir en:

Tubería Primaria.

Tuberías secundarias.

Tuberías Terciarias.

Del diámetro de las tuberías van a depender el caudal del agua

para el sembrío, debemos saber que para las tuberías PVC tenemos de

distintos materiales policloruro de vinilo PVC, polietileno de baja Densidad

PEBD, polietileno de alta densidad PEAD.

Diámetros normalizados (nominal e interior) para tuberías de PVC:

TABLA N° 2

MEDIDAS DE TUBERÍA SECUNDARIAS PVC

DN (mm)

DI (mm)

4 atm 6atm

10atm 16atm

16 - - - 13,6

20 - 17,5 - 17

25 22,6 22,6 22 21,2

32 29,6 29,2 28,4 27,2

40 37,2 36,4 36 34


Podemos decir que la tubería principal del caudal del agua que va

de la válvula solenoide al cultivo es de metal, esta es la que va a soportar

la mayor presión de agua y es distribuida por las tuberías secundarias y

terciarias.

El Problema 20

1.6.2.7 Adaptadores de goteo de agua

Son pequeños dispositivos plásticos que nos ayuda a la mejor

distribución de agua en un punto específico para evitar el desperdicio del

mismo permitiendo que la irrigación sea directamente a la planta lo cual

hace que este dispositivo es el más apropiado para las tuberías tercereas.

Electroválvula

Cada sector de riego lleva una válvula eléctrica que se abre y se

cierra según el orden programado, si se tiene un sector de goteo esta

llevará su dispositivo correspondiente.

Arqueta individual o Arqueta grande

Las electroválvulas van dentro de arquetas, tenemos individuales y

otras más grandes que permitirán que el agua pueda salir con mayor

facilidad de la tubería gota a gota;, en estas se pueden alojar 3, 4, 5

electroválvulas en paralelo para su mejor funcionamiento.

Para un sector de aspersores.

Para sendos sectores de difusores.

Para riego por goteo.

Gotero reductor de presión

Los emisores de riego por goteo necesitan muy poca presión de

agua para funcionar, la red general de abastecimiento a la casa tiene una

presión alta para este tipo de riego; al regar con una bomba que toma el

agua de pozo o reservorios.

El Problema 21

Gotero tipo botón

El dispositivo que se pinchan resultando más práctico para

jardineras o zonas donde las plantas están desperdigadas colocando ahí

donde se necesitan. Los podemos dividir en los dos tipos siguientes

integrados y de botón.

Estos dos estilos de botón son muy útiles dependiendo el trabajo

que se vaya a implementar, los unos ya vienen de fábrica mientras que

los de pinchar son para trabajos que requieran distancias específicas de

riego.

Goteros autocompensantes

Si tienes que montar una línea extensa de más de 100 metros se

instala goteros llamados autocompensantes, tienen la capacidad de

aportar la misma cantidad de agua directamente al cultivo.

Frecuencia de riego por goteo

Por dar unos datos generales de tiempo de riego por goteo, se

referenciara las temporadas y el tiempo que se necesita con las cuales se

puede decir.

Verano 20-30 minutos al día.

Primavera de 15-20 minutos 3 veces a la semana.

Otoño de 5-10 minutos esto será unas 2 veces por semana.

Invierno según lluvias.

Con estos datos podemos saber el tiempo necesario para el riego

en las épocas del año, teniendo como referencia estaciones que no son

El Problema 22

de nuestro territorio en el Ecuador tenemos el invierno con fuertes lluvias

y el verano con temporadas secas.

1.6.2.8 Automatización

Según (Anonimo, XEnciclopedia, 2008) la implementación de un

diseño el cual sea capaz de manejar en toda su capacidad de las

máquinas para lograr una tarea específica, que anterior mente era

realizada por el hombre y ahora nos permita controlar la secuencia de las

operaciones sin que interactúe el hombre.

Según (Anonimo, XEnciclopedia, 2008) pertenece al ámbito

industrial con referencia al sistema inteligente que permite que una

máquina desarrolle determinados procesos o realice tareas sin

intervención de un operador (humano). La automatización permite ahorrar

tiempo y dinero.

Para este caso según (Anonimo, XEnciclopedia, 2008) el estudio

de la automatización está dirigida por componentes electrónicos que son

utilizados en la domótica, el dispositivo electrónico remplaza al PLC,

configurando un aplaca Raspberry Pi que nos permitiría el control de los

demás dispositivos.

1.6.2.9 Raspberry Pi

Según (Lopez, 2014) es una placa en la cual encierra una

computadora en miniatura con todos los componentes necesarios para su

uso, del porte de una tarjeta de crédito fue desarrollada en el Reino Unido

considerado una maravilla de la tecnología podemos ver sus

características.

El Problema 23

Este dispositivo sirve para crear sistemas embebidos los cuales

son, específicos para un determinado equipo, ejemplo: una copiadora,

sistema electrónico de una impresora y sistemas de riego automatizado.

FIGURA N° 8

PLACA RASPBERRY PI

Fuente: http://arduprojects.blogspot.com/2013/10/definicion-y-usos-de-raspberry-pi.html Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Un Chipset Broadcom BCM2835, con un procesador central (CPU)

ARM1176JZF-S a 700 MHz; el firmware incluye unos modos turbo para

que el usufructuario pueda hacerle overclock de 1 GHz sin perder la

garantía (Lopez, 2014).

Especificación

Un procesador gráfico (GPU) VideoCore IV.

Un módulo de 512 MB de memoria RAM.

Un conector de RJ45 conectado a un integrado lan9512 -jzx de SMSC

que nos proporciona conectividad a 10/100 Mbps.

2 Buses USB 2.0.

Un puerto analógico de audio estéreo por Jack de 3.5 mm.

Video + audio HDMI.

video RCA.

Pines de entrada/salida de propósito general.

Conector de alimentación microUSB.

Lector de tarjetas SD

El Problema 24

La palca Raspberry Pi funcionara como controlador de las

electroválvulas o válvulas solenoides tomando las funciones de un PLC

que en los sistemas convencionales es el encargado en abrir y cerrar los

pases de agua, la placa controladora es un elemento para reducir gastos

en un PLC. Tecnificando de gran manera el circuito de control. (Lopez,

2014).

Ventaja

El uso para la automatización de determinadas actividades tales

como un control remoto, con esta tarjeta se pude diseñar sistemas de

control con aperturas como cierres de puertas con sensores como

actuadores.

1.6.2.10 Energía Fotovoltaica (Energía Solar)

Según (García, 2007) la energía solar es la única que puede ser

aprovechada en todo el planeta sin importar su ubicación, geografía o el

tipo de clima, teóricamente tiene la capacidad de satisfacer la demanda

mundial energética por medio de celdas solares capaces de transformar la

radiación solar en electricidad. Podemos apreciar el mapa solar del

Ecuador con fines de generación eléctrica emitida por el Ministerio de

Electricidad y Energías Renovables en el año 2008.

FIGURA N° 9

MAPA SOLAR DEL ECUADOR

Fuente: http://biblioteca.olade.org/opac-tmpl/Documentos/cg00041.pdf Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

El Problema 25

Radiación Solar

Es el flujo de energía que recibimos del Sol en forma de ondas

electromagnéticas de diferentes frecuencias (luz visible, infrarroja y

ultravioleta) (Sanchez, 2010)

Casi toda la energía disponible en el paneta tiene tres fuentes

fundamentales: el sol l en forma directa o indirecta (combustibles fósiles,

biomasa, vientos y rayos solares); el proceso de formación cósmica que

procedió a la formación del sistema solar actual (energía nuclear y

geotérmica) y, final mente una pequeña parte de la energía disponible

proviene de los movimiento de la luna (Davis G, 1990)

La energía del sol que recibe la superficie terrestre se ha calculado

a un equivalente de 178.000TW-año. En el año de 1990 Davis G calcula

que el consumo global es 15.000 veces mayor (Davis G, 1990).

Teniendo que el 30% de esta se refleja en el espacio, 50% ingresa

convertida en calor y reenviada a la superficie terrestre la cual 49.000 TW

al año esta es energía calorífica que ingresa a la tierra en forma de

radiación solar (Davis G, 1990).

Los 20% restante se encarga dela formación de los vientos en

ciclos hidrológicos y una pequeña parte de esta energía se utiliza para la

fotosíntesis.

Datos la radiación solar en el Ecuador

Sector de San Luis de Petrillo:

Browse position(lat/lon).

Site position(lat/lon).

El Problema 26

-01° 57' 58", -80° 03' 46"(show decimal).

Unnamed Road, Ecuador.

Add to site list.

Solar radiation(yearly average).

G horizontal:sign in(show MJ/m2).

Diffuse horizontal:sign in.

Direct normal:sign in.

Air temperature.

Yearly:25.4 °C(show F).

January:25.9 °C.

July:24.7 °C.

Terrain (SRTM3).

Altitude:11 m(show ft).

Slope inclination: 1.2 ° (show %).

Slope azimuth:157° (SE).

Landscape(GLC/CLC.)

Type:Mosaico de campos de cultivo, arbustos y herbáceas.

GLC:Mosaic: cropland / shrub or grass cover.

CLC:.

Population(GPW).

Density:288 inh./km2(show inh./mi2).

(Solargis s.r.o, 2010)

Página de la web de la cual permite obtener acceso en línea a

Datos solares de alta resolución, software de simulación PV, mapas

solares, base de datos GIS, servicios de monitoreo fotovoltaico para la

energía solar. (Solargis s.r.o, 2010)

A continuación se observa la figura N° 10 acerca del mapa de

radiación solar comuna la artillería.

El Problema 27

FIGURA N° 10

MAPA DE RADIACIÓN SOLAR COMUNA LA ARTILLERÍA

Fuente: https://solargis.info/imaps/#loc=1.472006,-75.498047&c=-1.274309,-83.199463&z=6 Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

1.6.2.11 Paneles solares fotovoltaicos

Tienen una vida útil garantizada de 20 a 25 años, dependiendo del

fabricante, después del tiempo indicado sigue funcionando pero su

producción de energía disminuye. Tipos de paneles solares en el mercado

12v; 24v; 36v; 48v.

Paneles solares térmicos

Tienen una garantía más baja tenemos que saber que entre 10 y

15 años de vida útil los paneles funcionan conforme lo establecido el

fabricante después de ese tiempo su rendimiento irá disminuyendo

decayendo el voltaje que genera.

1.6.2.12 Inversor solar de voltaje

Usado para panel solar puede ser este de 40A, 60A o de 80A

dependiendo de la potencia necesaria para el mismo.

El Problema 28

Funcionamiento y especificación de un inversor solar

Estos inversores pueden ser conectados directamente a la línea

eléctrica casera (CFE). Este dispositivo monitorea el volumen, frecuencia,

fase de la línea casera y entonces produce una onda senoidal. Cuya

frecuencia y fase iguala a la de la CFE pero con mayor volumen

(Anónimo, 2015).

El componente inversor suministrara energía a la línea CFE cuando

este encendido para poder convertir la corriente apropiada para los

equipos electrónicos (Anónimo, 2015).

Especificaciones de un inversor de voltaje:

Modelo LT-Sun-250G

Potencia AC salida 200W

Potencia Máxima AC Salida 250W

Rango de voltaje AC salida

Switch en posición de 230V 190V ~ 250V

Switch en posición de 115V 90V ~ 130V

Rango frecuencia AC salida 46Hz ~ 65Hz

Distorsión harmónica total (THD) <5%

Factor de Potencia 0.99

Rango Voltaje DC entrada 14V ~ 28V

Eficiencia pico del inversor 92%

Standby Power consumption <0.5W

Forma de la onda de salida Sine-wave pura

Función MPPT Si

Protección de sobre voltaje Si

Protección de sobrecalentamiento Si

Protección de polaridad inversa Si

Protección de isla Si

Escalable Si

El Problema 29

Especificaciones necesarias para un buen funcionamiento del

circuito para un correcto funcionamiento de la generacion electrica solar.

1.6.2.13 Batería de ciclo profundo

Para el correcto almacenamiento de energía, la cual nos permitirá

su uso para la sustentación energética nocturna que busca un sistema el

cual trabaje ininterrumpidamente.

Clasificación las baterías de ciclo profundo

Existen varios tipos de baterías que se pueden encontrar de venta

en el mercado. Las baterías para este determinado trabajo son por lo

general son de tipo ácido-plomo.

Zinc-carbón alcalinas.

Níquel-hidruro metálico.

Níquel-cadmio y de ácido-plomo.

Modelos

Las húmedas o abiertas: Con el electrólito en estado líquido que

permite mejorar el almacenamiento de energía.

Las baterías cerradas: En ellas el electrolito se encuentra en estado

helado, la ventaja de estas almacenador de energía permite ser

colocadas en forma horizontal y vertical sin requieren de mantención.

1.6.3 Fundamentación Legal

1.6.3.1 Leyes sobre el uso de la energía fotovoltaica

Las entidades públicas encargadas de la regulación de la

generación de energía eléctrica.

El Problema 30

CONELEC: Consejo Nacional de Electricidad.

ARCONEL: Agencia de Regulación y Control de Electricidad.

Por medio del el decreto N°1048 el estado incentiva a las personas

que estén interesadas en la investigación o mejoras para el uso he

implementación de la explotación de las energías renovables en mejoras

para la calidad de vida de las comunidades “el Estado fomenta la

investigación científica de proyectos para el uso y la explotación de las

energías renovables dentro del territorio Ecuatoriano, esto incentiva al

diseño de nuevas tecnologías aplicadas al buen vivir…” (Art N°387-

388)(Ver anexo N°1).

En el artículo 15 y 413 el estado promover estudios que permitan

la eficiencia energética para el desarrollo de técnicas tecnológicas

diversificadas no contaminantes de bajo impacto con ll acula no pone en

riesgo la producción agrícola, que esta permita una estabilidad ecológica

en el territorio. “……no contaminantes de bajo impacto sin poner en riesgo

la soberanía alimentaria, el equilibrio eco lógico de los ecosistemas ni el

derecho al agua….” (1048, 2015)

1.6.3.2 Ley Orgánica del servicio público de energía eléctrica

Título VII.- Responsabilidad ambiental.

Por medio del Art. 78.- Protección del ambiente da a conocer lo

importante que es tener presente las políticas, normativas y

procedimientos legales que se deben de proceder para la generación;

distribución de la electricidad en el territorio, “corresponde a las empresas

eléctricas, sean éstas públicas, “mixtas, privadas o de economía popular y

solidaria…” (Ver anexo n°2) (Estado, 2015)

El Problema 31

Estas leyes nos dan las pautas para la incursión de nuevas

tecnologías que permitan diseñar o implementar sistemas, dispositivos

tecnológicos para el desarrollo de métodos que permitan mejoras (Estado,

2015).

En este caso es promover el uso de la energía fotovoltaica para la

sustentación energética de los sectores donde la energía eléctrica pública

no llega o es ineficiente.

1.6.3.3 Leyes sobre el uso del agua

Por medio de estas leyes nos da los conocimientos necesarios

para la perfecta explotación de los recursos hídricos, el organismo que

controla las leyes sobre los recursos hídricos es:

Agencia de Regulación y control del Agua

Ley De Recursos Hídricos, Uso Y Aprovechamiento Del Agua nos

hace mención de que se debe conocer los medios apropiados de

innovación de sistemas que sean provechosos para la mejora de las

comunidades esto lo expresa en la ley “principios, objetivos para la

gestión del riego y drenaje (Art.- 40-41) (ANEXO N°#3)

Estas ley nos exige el buen uso, aprovechamiento y distribución del

agua dentro del territorio, por lo cual como ciudadanos responsables

estamos en la debida obligación de la investigación de nuevos métodos y

uso te tecnologías que permitan tener un ahorro de los recursos hídricos

para las comunidades con difícil acceso.

Mejorando diseños de riego que permitan hacer aportes

importantes al medio ambiente y comunidades, en busca de mejora el

buen vivir de las comunidades a nivel nacional.

El Problema 32

1.6.3.4 Ley sobre el impacto ambiental

Ministerio del Ambiente, es el único ente autorizado en coordinar

con los organismos competentes de control para la verificación de la

realización de las normas de calidad ambiental referentes al aire, agua,

suelo, ruido, desechos y agentes contaminantes (Ecuador, Misterio del

Ambiente , 2004).

Por medio de esta ley se busca crear conciencia en las personas

de la conservación de los recursos naturales dentro del ecosistema para

evitar todo tipo de contaminación durante la explotación o manipulación.

(Ecuador, 2004).

Marco legal del área ambiental

La ley de gestión ambiental establece que la autoridad ambiental

nacional la ejerce el Ministerio del Ambiente instancia coordinadora como

reguladora del sistema nacional descentralizado de gestión ambiental, sin

perjuicio de las atribuciones que en el ámbito de sus competencias y

acorde a las leyes que las regulan, ejerzan otras instituciones del Estado.

(Art.- 395) (Ver anexo N°4) (Ecuador, Misterio del Ambiente , 2004).

Cuidando el medio ambiente podemos decir que un sistema

automatizado por goteo permite un ahorro de agua en los cultivos,

reduciendo el desperdicio del agua en las épocas sequia contribuyendo a

la igualdad de consumo dentro de un sector y del medio ambiente.

CAPÍTULO II

METODOLOGÍA

2.1 Diseño de la investigación

La estructura a desarrollar será de carácter bibliográfica y no

experimental está basada en modelos de sistemas de riego por goteo

automatizado y autosustentable, esto tiene como propósito demostrar la

viabilidad del diseño de riego por goteo y energético, determinándose de

esta manera que este procedimiento es el más factible.

Este diseño novedoso es para fusionar y facilitar el uso de las

tecnologías, dando facilidad para poder explotar de mejor manera los

recursos naturales tanto hídricos como energéticos en el diseño de un

modelo de sistema de riego, en la cual podremos usar herramientas

necesarias para llegar al diseño de un sistema de riego por goteo óptimo

en la cual podamos hacer significativos ahorros de energía y agua para

un sembrío.

2.1.1 Hipótesis

Si se diseña un sistema de riego por goteo automatizado a base

de energía solar, se podrá proponer un sistema de riego automático

controlado y con ahorro de agua en un 85-95% y una auto-sustentación

energética usando los recursos naturales.

2.2 Modalidad de la investigación

Sintetizar la información de un diseño de riego por goteo

Metodología 34

alimentado por energía solar, por lo tanto esos datos obtenidos para la

elaboración:

Nuevas tecnologías: el implementar la automatización de sistema de

riego más viable para la distribución de agua y el uso de energías

renovables.

Bibliográfica: Se utilizara información previa de fuentes tales como

libros, revistas, diferentes autores, he información audio visual

correspondiente al tema.

Simulaciones: Evaluando software que permitan la correcta

manipulación y distribución de la presión del agua en las tuberías

El análisis del diseño: Será efectuado de una manera cualitativa y

cuantitativa, las cuales podremos ver los aspectos importantes de este

diseño de riego por goteo y la sustentación de energía eléctrica.

2.3 Tipos e instrumentos de la investigación

En este caso es proyectiva o proyecto factible y explicativo esto

nos va a permitir elaborar una propuestas o modelo para proponer un

diseño que soluciones la sostenibilidad energética de un sistema de riego

por goteo automatizado, este permitirá controlar la presión y distribución

de agua en un sembrío demostrando la viabilidad del diseño en el agro y

sectores sin luz eléctrica.

2.3.1 Instrumentos

En esta parte podemos hacer un análisis de las herramientas

necesarias para la obtención de datos importantes que nos ayudara a

darle una mejor perspectiva a la visión del diseño, teniendo en cuenta las

metodologías necesaria para esta investigación, pero sin antes mencionar

las herramientas que utilizarán. Según (Calderero, 2006) se considera a

los instrumentos como recursos del cual se pude valer el investigador

Metodología 35

puede extraer información de los fenómenos del proceso de investigación,

en los cuales se puede distinguir dos aspectos; el de forma y contenido.

Esta forma de investigación mescla la aproximación establecida

entre lo empírico y las técnicas que se utilizan para dicha labor. Los

cuales se convertirán en ítems he indicadores bajo la forma de preguntas

y elementos de observación.

Herramienta con la cual se efectuara el levantamiento de la

información dentro del sector la Artillería es:

Encuesta Cuestionario de encuestas

2.3.2 Encuesta

Este método de recolección de información en el sector de San

Luis de Petrillo comuna la Artillería sobre el uso del agua dentro de los

cultivos, viabilidad en la incursión de las nuevas tecnologías en formas de

aprovechar las energías solar dentro del sector y si las posibilidades

económicas permiten que los comuneros accedan implementar esos

sistemas para mejorar sus cultivos. La encuesta fue realizada en 41

haciendas de la comuna de las cuales dos estaban den descanso o

deshabitadas. Esto nos entrega un total de 39 encuestas de donde se

analizó la información de las respuestas obteniendo un porcentaje.

2.4 Variable de la investigación

Variables independientes

Tablas en las que podemos analizar cuáles son las variables que

influyen o son importantes para el diseño de un sistema de riego por

goteo, usando la energía solar como fuente de electricidad para el

funcionamiento de los componentes eléctricos.

Metodología 36

TABLA N° 3

VARIABLES INDEPENDIENTES

CONCEPTUALIZACIÓ

N DIMENSIONES INDICADORES

TÉCNICAS E

INSTRUMENTOS

Estructura del diseño Automatizado

1.- Ponerlo en función

(software) 1.- Calidad de los componentes

Investigación y comparación de

Datos 2.- Aplicar métodos

Sistema de riego por goteo

1.- Circuito automatizado

Captación de agua

Investigación y comparación de

Datos

2.-Aporte al medio Ambiente

Ahorro de Agua

Uso de la Energía Fotovoltaica

1.- Estudio de las tecnologías

solares.

Ahorro de la aportación solar

Investigación de comparación de

datos Fuente: Investigación bibliográfica Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Variable dependiente

Distribución del suministro de agua y Energía solar.

TABLA N° 4

VARIABLES DEPENDIENTES

CONCEPTUALIZACIÓN DIMENSIONES INDICADORES TÉCNICAS E

INSTRUMENTOS

Optimizar: Área del Sistema de Riego

Selección la cantidad de espacio a utilizar

Cantidad específica de

materiales Investigación

Utilización del agua y su aprovechamiento

Aprovechamiento

Tipos de tuberías

Usos de los sensores de humedad

Diseño y forma de utilización

observación Cantidades de

agua

Sostenibilidad de voltaje por medio de Energía

solar

Aprovechamiento

Consumo de voltaje al día

Tiempo de uso

Cantidad de voltaje

Observación


Metodología 37

2.4.1 Tipos de variable a medir de la investigación

Indicando las variables que tiene incidencia en un sistema de Riego

por goteo sustentado pro energía solar.

FIGURA N° 11

VARIABLES CUALITATIVAS Y CUANTITATIVAS


2.5 Población y muestra

Para el diseño de este sistema automatizado de riego por goteo el

cual está dirigido para el sector de San Luis de Petrillo comuna la

Artillero, con una población estimada de 230, la cual se encuentra ubicada

en un sector montañoso teniendo problemas de sequía y poco acceso a

la energía eléctrica en sus partes más alejadas, para este estudio se

diseña un sistema automatizado de riego en el cual se demuestre como la

tecnología servirá para hacer ahorros de agua y la explotación de las

energías renovables.

Dónde:

n= tamaño de la muestra =?

Metodología 38

N= tamaño de la población = 230

e= nivel de error dispuesto a cometer= 5%

z= Nivel de confianza deseado

p= Proporción de la población con la característica deseada (Éxito)

q= Proporción de la población sin la características deseadas (fracaso)

Características de la población

Sector ubicado del pueblo de Petrillo a una distancia de 15 km en

carretero veranero, este sector está dedicado al cultivo de ciclo corto,

madera y algunas fincas o parcelas constan con sembríos de cacao. Son

personas muy agradables, amables en su trato y muy trabajadoras en sus

tierras. Por estas muy alejado del pueblo sufre con algunas necesidades

básicas como luz (solo constan con energía eléctrica las fincas a filo de

carretero) y agua potable, el agua es acumuladas en albarradas, tanques

(aguas lluvia), pozos profundos, entre otros de esteros y ríos. Comuna la

Artillería grafico bajado de la fuente de google maps.

FIGURA N° 12

COMUNA LA ARTILLERÍA

Fuente: Google Maps Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Metodología 39

2.6 Análisis de variables de la investigación

2.6.1 Variables independientes

Sistema de riego por goteo

Los sistemas de riego más usados son por microaspersión y por

goteo, los cuales cada uno tiene un determinado consumo de agua.

Se analizará los dos sistemas para saber qué sistema es el más

óptimo en el uso y no desperdicio del agua en el cultivo, considerando

que el riego por goteo es directamente a la raíz del cultivo el cual permite

el aprovechamiento del recurso hídrico y distribución de fertilizantes para

el cultivo mejorando el impacto ambiental.

Con un sistema de riego se puede implementar nuevas tecnologías

de control y distribución automatizada, ya que en el mundo el 70% del

agua dulce es utilizada en la agricultura y el otro 50% se pierde en la

evapotranspiración y evaporación de las plantas.

Uso de la Energía Fotovoltaica

Por medio de estudios a las nuevas tecnologías se puede crear

nuevos y novedosos diseños de autosustentación de sistemas el cual

permita resolver el problema de la energía eléctrica en determinados

lugares donde carezcan estos recursos.

En el territorio nacional se consume un promedio de 22.000

GWh/año, se está planificando remplazar la energía hidroeléctrica por el

uso de las energías renovables, permitiendo mayor producción eléctrica

ya horrando costos de generación.

Metodología 40

Variable Dependiente

Optimizar: Área del sistema de riego: Estimar el área de alcance

teniendo en cuenta distancias longitudes del cultivo buscando el

aprovechamiento del terreno trazando un sistema de riego que abarque el

área a regar.

Utilización del agua y su aprovechamiento: buscar las mejores

técnicas del aprovechamiento del agua para reducir el desperdicio del

mismo ya sea en los reservorios o tanques de almacenamiento, el cual

será distribuido en él sembrío. Ya que hay leyes ambientales en contra

del mal uso del líquido vital. Introduciendo muy específica en la cual se

reduzca el desperdicio y cumpla con las necesidades del riego facilitando

mejores producciones de los cultivos.

Sostenibilidad de voltaje por medio de energía solar:

Enfocándose a las nuevas tecnologías podremos añadir al sistema de

riego las energías renovables las cuales sustenta la necesidad de luz

eléctrica necesaria para el continuo funcionamiento del riego las 24 horas

los 7dias de las semanas, sabiendo que podemos explotar un recurso

permanente generado por el astro rey como comúnmente se lo conoce el

cual genera energía suficiente para poder ser almacenada en baterías o

fuentes de almacenamiento para su correcto uso en las noches el cual

hace posible la automatización del riego por goteo.

2.6.2 Análisis de los resultados

Encuesta sobre cuidado ambiental y viabilidad para el uso de la

energía solar en generación de electricidad para sistemas de riego por

goteo automatizados y posibilidades económicas.

Metodología 41

1. ¿Cree usted que el uso desmedido del agua de riego afectara

directamente o indirectamente el medio ambiente?

a. Si

b. No

TABLA N° 5

USO DESMEDIDO DEL AGUA

OPCIÓN CANTIDAD PORCENTAJE CANTIDAD

PONDERADA

Si 31 79,49 115

No 8 20,51 30

Total 39 145

Fuente: Comuna la Artillería Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

FIGURA N° 13

USO DESMEDIDO DEL AGUA

Fuente: Comuna la Artillería


Análisis: en la tabla N° 5 y la figura N° 13, nos muestra que el 79%

de los encuestados en la comuna Artillería, piensan que el uso desmedido

del agua afecta el medio ambiente. Teniendo en cuenta que la escasez de

agua es mucho mayor que en otros años y el medio de sustentación son

los pozos profundos.

Metodología 42

2.- ¿Cree usted que utilizar un sistema de riego por goteo

automatizado en sus cultivos disminuye el consumo del agua

de riego que se ocupa por surcos o por inundación?

a. Si

b. No

c. Sin opinión o desconoce

TABLA N° 6

CONSUMO DE AGUA EN SISTEMAS DE RIEGO


FIGURA N° 14

CONSUMO DE AGUA EN SISTEMAS DE RIEGO

Fuente: Comuna la Artillería


Análisis: en tabla N° 6 y figura N° 14, nos indica que el 74% de la

población cree que si se usa un sistema de riego automatizado (S.R.A.)

se puede bajar el consumo de agua para los sembríos y no estar a

expensar del invierno, al ser útil para ciertos sembríos que necesitan agua

durante todo el año.


PONDERADA

Si 29 74,36 108

No 10 25,64 37

Sin opinión o

desconoce 0 0 0

Total 39 145

Metodología 43

3.- ¿Considera usted que utilizar el agua con una mejor distribución

de riego, se colabora con el aprovechamiento de su uso y

también con el cuidado del medio ambiente?

a. Si

b. No


TABLA N° 7

APROVECHAR EL AGUA Y CUIDADO DEL MEDIO AMBIENTE


PONDERADA

Si 39 100 145

No 0 0 0

Sin opinión o

desconoce 0 0 0

Total 39 145


FIGURA N° 15

APROVECHAR EL AGUA Y CUIDADO DEL MEDIO AMBIENTE


Análisis: en la tabla N° 7 y la figura N° 15 nos indica que la gente

está de acuerdo que mejorando la eficiencia en al consumo y uso del

agua se pude mejorar el medio ambiente y la producción. Permite aportar

con mejores sistemas de riego para el cultivo esto causara un impacto

ambiental.

Metodología 44

4.- ¿Considera usted que el desperdicio de agua contribuye a la

desigualdad del consumo de este recurso?

a. Si

b. No


TABLA N° 8

DESIGUALDAD EN EL CONSUMO DEL AGUA


PONDERADA

Si 32 82,05 119

No 5 12,82 19

Sin opinión o

desconoce 2 5,13 7

Total 39 145


FIGURA N° 16

DESIGUALDAD EN EL CONSUMO DEL AGUA


Análisis: en la tabla N° 8 y la figura N° 16, el 82% de los

encuestados creen que si se desperdicia el agua no es igualitario para

todos y para los cultivos ya que en el sector la mayor producción es en las

temporadas de lluvias, se podría considerar la temporada de más agua en

el sector. El ser insensato con los recursos causando perjuicios los

moradores de la comuna. Otro segmento prefiere no opinar cada dueño

usa el agua a su conveniencia y necesidades ya sea para animales y

cultivos.

Metodología 45

5.- ¿Conoce usted sobre el uso de la explotación eléctrica por medio

de las energías renovables y si esto causaría directamente o

indirectamente un impacto al medio ambiente?

a. Si

b. No


TABLA N° 9

USO DE ENERGÍAS RENOVABLES Y SU EXPLOTACIÓN


PONDERADA

Si 10 25,64 37

No 25 64,10 93

Sin opinión o

desconoce 4 10,26 15

Total 39 145


FIGURA N° 17

USO DE ENERGÍAS RENOVABLES Y SU EXPLOTACIÓN


Análisis: en la tabla N° 9 y la figura N° 17, podemos ver que no

hay mucho conocimiento en este tema de las energías renovables y el

uso de las mismas, este es un campo de acción en el cual se puede

incursionar con estos tipos de diseños de sistemas de riego

automatizados con él se de una ayuda al impacto ambiental cuidando el

Metodología 46

uso del agua en sectores aislados. Solo el 26% de las personas

encuestadas tiene algún conocimiento o han escuchados de los métodos

de generación eléctrica, se debería hacer campañas sobre su uso.

6.- ¿Cree usted que el uso de un sistema automatizado de riego por

goteo con energías renovables mejoraría de manera positiva sus

cultivos?

a. Si

b. No


TABLA N° 10

MEJORAS POSITIVAS A SUS CULTIVOS


PONDERADA

Si 15 38,46 56

No 15 38,46 56

Sin opinión o

desconoce 9 23,08 33

Total 39 145


FIGURA N° 18

MEJORAS POSITIVAS A SUS CULTIVOS


Análisis: en la tabla N° 10 y la figura N°18, refleja en el gráfico

que el conocimiento de este sistema es conocido por una parte y

Metodología 47

desconocido por otros ya que no hay información sobre este tema, no es

usado este recurso siendo un recurso viable natural poco aprovechado.

7.- ¿Considera usted en el sector se poseen la energía eléctrica

suficiente para el correcto funcionamiento de un sistema de riego

por goteo?

a. Si

b. No


TABLA N° 11

ENERGÍA ELÉCTRICA SUFICIENTE


PONDERADA

Si 9 23,08 33

No 30 76,92 112

Sin opinión o

desconoce 0 0 0

Total 39 145


FIGURA N° 19

ENERGÍA ELÉCTRICA SUFICIENTE


Análisis: en la tabla N° 11 y la figura N° 19, podemos decir que

por el acceso hasta la comuna por su geografía es un poco complicado

Metodología 48

aunque existe un tendido de energía eléctrica publica la geografía del

sector y las distancias hacen que sea un poco dificultoso el consumo.

8.- ¿Usted como productor está en la capacidad de invertir en la

implementación de tecnología para su cultivo, accediendo a

diferentes tipos de créditos que ofrecen las instituciones

públicas o privadas que impulsan el desarrollo de la agricultura?

a. Si

b. No


TABLA N° 12

CAPACIDAD DE INVERSIÓN


PONDERADA

Si 8 20,51 30

No 11 28,21 41

Sin opinión o desconoce 20 51,28 74

Total 39 145


FIGURA N° 20

CAPACIDAD DE INVERSIÓN

Fuente: Fuente: Comuna la Artillería Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Análisis: en la tabla N° 12 y la figura N° 20, podemos ver que le

51% de los encuestados no opinan por desconocimiento de los diversas

Metodología 49

prestaciones que existe en los diferentes sectores, el 28% no lo hace por

no tener deudas y el 21% si se anima a incursionar en las nuevas

tecnologías.

9.- ¿Si tuviese la oportunidad de implementar un sistema de riego

automatizado, estaría dispuesto a tecnificar sus cultivos con el

propósito de mejorar su producción agrícola?

a. Si

b. No


TABLA N° 13

DISPOSICIÓN DE USO DE SISTEMAS DE RIEGOS


PONDERADA

SI 19 48,72 71

NO 10 25,64 37

SIN OPINIÓN O DESCONOCE 10 25,64 37

TOTAL 39 145


FIGURA N° 21

DISPOSICIÓN DE USO DE SISTEMAS DE RIEGOS


Análisis: en la tabla N°13 y la figura N° 21, el 49% dice si con

dudas ya que no es algo muy común en el sector, pero si probar para ver

cómo le va y ver si es algo viable esta tecnología para la mejora de los

cultivos.

CAPÍTULO III

3

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

3.1 Diseño del sistema automatizado autosustentable

3.1.1 Sistema de riego por goteo automatizado

El riego por goteo es una técnica conocida como riego gota a gota,

medio de irrigación muy utilizado en zonas con escases de aguas el cual

permitirá una utilización óptima de estos recueros y fertilizantes.

El agua distribuida por medio de este riego el que será dirigido

directamente a las raíces de cada planta, irrigando directamente por

medio de un sistema de tuberías con un botón el cual es la válvula de

goteo. Esta técnica llego a ser una perfecta innovación después de los

aspersores.

Este diseño tendrá la innovación de la explotación de una de las

energías renovables que en nuestro territorio es muy abundante llamado

energía fotovoltaica, esta será la manera en la cual por medio de paneles

solares de administra la eléctrica suficiente para que tenga un óptimo uso

y administración de las misma.

En este diseño de sistema de riego por goteo automatizado consta

de elementos electromecánicos sensores de humedad, válvulas

mangueras y tuberías principales y tuberías secundarias. Después de

haber mencionado algunas de las virtudes principales del diseño

comencemos detallando los elementos a utilizar del diseño.

Análisis e Interpretación de los Resultados 51

FIGURA N° 22

SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO AUTOMATIZADO

CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA

Fuente: Diseño Propio Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

3.1.2 Materiales del diseño

Panel solar

Regulador de carga

Inverso de voltaje

Batería de Ciclo profundo

Placa Raspberry Pi

Sensores de Humedad

Software controlador de Agua a presión

Pantalla LCD

Teclado y mouse

Bomba de agua


Válvulas solenoide

Reservorio de Agua

Tubería de metal o plástica

Goteros de plástico

3.1.3 Sensor de luz o fotoresistor LDR

Este dispositivo estará encargado en detectar la intensidad de la

luz del ambiente para la activación del sistema recibiendo la información

de los demás sensores del diseño.

3.1.4 Sensor de humedad

Según (Abio, 2014) el mejor sensor para que cumple con las

especificaciones del diseño conforme a los niveles de medición de la

constante dieléctrica del suelo y agua alrededor del sensor, es el sensor

EA-10 de la empresa DECAGON DEVICES la ventaja es que abarca gran

expansión. Teniendo en cuenta su particularidad de los sensores FDR

que son utilizados para estos sistemas.

TABLA N° 14

CARACTERÍSTICAS DE SENSORES

Especificación

EA-10 EC-5 VH400 SM 100 SH-1100

DECAGON

DEVICES

DECAGON

DEVICES

VEGETRONI

X

Rango de

medida

0 – 40%

VWC

0 – 100%

VWC

0 – 40%

VWC

0 - 40%

VWC

1 - 99%

VWC

Precisión +/- 2% +/- 2% +/- 2% +/- 1.5%

Valor de

salida 4 – 20 mA 0.25 – 3 V 0 – 3 V

0.5 - 1.5

V 5 - 10 V

Extensión Grande Pequeño Pequeño Grande Pequeño

Fuente Investigativa Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo


Se propone el sensor EA-10 ya que emplea lineamientos entre la

humedad la cual es medida por la corriente de salida, estas entre los

estándares industriales de transmisión hacia el bloque del controlador,

este elemento puede hacer las veces de un PLC o una tarjeta de

compilación de datos u otros dispositivos de controladores. El consumo

mínimo de corriente es de 4mA trasmite una señal por corriente esta

permite tener una menor perdida de señal como otros materiales

conductores. (Abio, 2014)

TABLA N° 15

VALOR LÍMITE DEL SENSOR

VWC (%) Corriente

de Salida

Señal

convertida

a voltaje

Valor

Digital

0 8.05mA 2.01V 412

40 17.45mA 4.36V 893

Fuente: http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/6072 Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

3.1.5 Transformación de la señal

Según (Abio, 2014) una vez que la señal del sensor de humedad

es enviada al microcontrolador, esto es convertir la señal en un formato

digital ya que opera con unas señal de voltaje se requiere acondicionar y

convertirla en una señal de corriente de 4 a 20mA y el voltaje de 1 a 5

voltios.

Según (Abio, 2014) se necesita un amplificador operacional de la

ganancia unitaria que funcione como seguidor de señal más conocido

como buffer el que será el conversor de voltaje, el integrado LM2902

funciona como OPamp para reducir la impedancia de la señal analógica

que es emitida del sensor la reduzca a unos 10KΩ este el valor de

entrada del microcontriolador


FIGURA N° 23

ESQUEMA DEL ACONDICIONADOR DE SEÑAL


3.1.6 Circuito de mando y potencia de la válvula Solenoide

En esta fase del sistema de riego, es necesario un circuito que

permita el accionamiento de las válvulas solenoides teniendo en cuenta el

funcionamiento de la placa Raspberry Pi no proporciona un nivel de

tensión o corriente necesaria para su buen funcionamiento, este

dispositivo trabaja con 5V, por estas razones se tiene que incluir en el

diseño un circuito de mando y potencia basado en relés de 12V conforme.

Este esquema del grafico N° 10 según (Abio, 2014) es el indicado

para el control de las válvulas solenoides del sistema de riego el cual

permitirá la comunicación de la placa con los elementos que consumen un

voltaje de 12V.


FIGURA N° 24

ESQUEMA MANDO Y POTENCIA DE VÁLVULAS SOLENOIDES


Estando conectado a la salida digital de la Raspberry Pi

proporciona 2 estados lógicos de 0 a 5V, esto hace que le BJT actué a su

vez como un conmutador para los estados de corte y saturación del

dispositivo.

TABLA N° 16

LÓGICA DE CONTROL DE VÁLVULAS SOLENOIDES

PIN DIGITAL DEL RASPBERRY Pi ESTADO DE LA VÁLVULA

„0‟ lógico OFF

„1‟ lógico ON


3.1.7 Uso del GPIO

Algunos de estos pines pueden generar PWM modulación por

ancho de pulso, algo parecido a una modulación de la potencia también

llamada PPM modulación por posición de pulso, protocolo que usan los

servos.


Detectar pulsaciones de botones/interruptores, estas son las entradas

digitales.

Entrada al puerto serie por los terminales TX/TX.

Acceso al bus I2C, bus de comunicaciones usado por muchos

dispositivos.

Acceso al bus SPI, bus de comunicaciones similar al I2C pero con

diferentes especificaciones.

(Anonimo, el Cacharro.com, 2013).

Podemos ver los pines de este conector en el siguiente esquema

de adafruit, tenemos líneas de alimentación de 5v; 3.3V y tierra.

(Anonimo, el Cacharro.com, 2013)

FIGURA N° 25

ESQUEMA DEL PIN DE ENTRADA/SALIDA DE RASPBERRY PI

Fuente: http://blog.elcacharreo.com/2013/09/26/usando-los-gpio-entradasalida-digitales-en-raspberry-pi/ Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

3.1.8 Shields controladores

Algunos de los pines tienen una segunda función como por ejemplo

los etiquetados como SCL y SDA utilizados para I2C y los MOSI, MISO y


SCKL utilizados para conectar con dispositivos SPI. (Anonimo, el

Cacharro.com, 2013)

En este punto se conecta los elementos llamados Shields para

Raspberry los cuales permiten utilizar el manejo lógico de motores y

válvulas, estos Shields tiene la misma terminologías que las placas

arduino que facilitan su funcionamiento.

3.1.9 Válvula de control

En este punto del sistema de riego por goteo es de suma

importancia un actuador que es un componente el cual regula la humedad

del suelo requerido, para este diseño se selecciona la válvula solenoide o

electro-válvula ya que se puede controlar el funcionamiento de este con

un microcontrolador en este caso la placa Raspberry Pi.

La válvula que se escogió es de la marca DANFOSS, el modelo es

el EV220B10B ya que opera a 1 bar de presión y un caudal de 0.9 m3/ h,

se requiere de estos parámetros para que pueda cumplir con nuestro

diseño del sistema automatizado de riego por goteo. Este modelo opera

con un voltaje de alimentación de 24 Voltios DC y una corriente de 0.75 A,

lo cual hace un consumo de 18 Watts de potencia. (Abio, 2014)

Esta Válvula cumple con algunas necesidades indispensables para

el diseño del riego:

Útil para el control de caudal en aplicaciones industriales.

Tiempo de reacción corto.

Tensión de alimentación 24 Vdc.

Rango de tensión de alimentación +/- 10%.

Rango de caudal de agua 0,2 – 19 m3/h.

Temperatura ambiente: Hasta 80°C.


DESCRIPCIÓN MODELO CÓDIGO

VÁLVULA EV220B10B N12E NC000

BOBINA BE 032U7518

Protección de la bobina: Hasta IP 67.

La válvula se encuentra completamente abierta o cerrada.

Se encuentra cerrada mientras está desactivada (NC).

Se emplea para agua, aceites, aire comprimido y fluidos neutros.

Bobina modelo BE esta funciona con corriente continua, opera con

una potencia de bobina máxima de 18W y corriente máxima de 0.75ª.

TABLA N° 17

VÁLVULA Y BOBINA


3.1.10 Goteros

Es un elemento importante el diseño, es el encargado de

direccionar la salida del agua directamente a la planta con un gotero auto-

compensador con caudal 3LPH de marca Corona. Para el consumo total

del agua se requiere cubrir las necesidades de la cantidad de terreno de 1

hectárea que es la muestra, se estima que el proceso de riego

aproximado de cinco horas.

Consumo total = 3LPH*5H*1000=15000 litros de agua

3.1.11 Diseño de la fuente de alimentación de 5, 12, 24 VCD

El voltaje en el secundario del transformador de 12 Vac ingresa a

un rectificador de señal de onda completa realizado con un puente de

diodos, posteriormente ingresa a la etapa de filtrado que esta encuentra


compuesto por un condensador electrolítico. Finalmente, se incluye un

regulador de voltaje para obtener los 5 VDC que alimentará la tarjeta.

(Abio, 2014). El cálculo se realiza por la selección de elementos:

Fórmula para calcular el valor de los condensadores para la

disminución de rizado. (Abio, 2014)

El valor de los condensadores es seleccionado según el valor

comercial inmediato superior del calculado, ver figuras 3.8, 3.9 y 3.10 de

los esquemáticos del diseño de las fuentes de 5,12 y 24 VDC

respectivamente (Abio, 2014). Según el fabricante, la válvula solenoide

tiene un rango de alimentación de +/- 10%, esto significa que si requiere

una tensión con 24 VDC 21, en realidad el dispositivo funcionará con un

tensión dentro del rango 21.6 – 26.4 voltios (Abio, 2014). Gráficos para

los esquemas de alimentación de energía del sistema los cuales

trabajaran en 5, 12, 24 Voltios.

FIGURA N° 26

ESQUEMA ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA 5 VDC



SECTORES CONSUMO

Bobina de la electroválvula 750 mA @ 24 VDC

Amplificador Operacional LM324

10 mA @ 12 VDC

Interfaz de control de la electro-vávula

200mA@ 12VDC

Raspberry Pi 100 mA @ 5 VDC

Sensor EA-10 100 mA @ 12 VDC

FIGURA N° 27



FIGURA N° 28



En este cuadro podemos ver cuánto de energía en voltaje y

amperaje es necesario para que los elementos del diseño funciones

correctamente.

TABLA N° 18

CONSUMO DE CORRIENTE POR SECTORES DE SISTEMA DE RIEGO



3.1.12 Fuente energética fotovoltaica

Detallar los implementos que son necesarios para la alimentación

de energía eléctrica, por medio de las baterías se podrá guardar la

electricidad necesaria la cual le permite estar activo durante las horas en

las que no hay sol.

3.1.12.1 Cálculos de consumo de energía solar para el sistema

En el Ecuador se trabaja con un voltaje Vcc estándar de 110V para

consumo de equipos de hogar y de 220V para consumo de equipos

industriales, teniendo en cuenta el voltaje que se usa dentro del territorio

se procederá a establecer el consumo de energía necesaria para el

diseño de sistema. En el desarrollo del sistema es importante conocer el

tiempo de horas sol del sector en el que se va a trabajar eso podemos ver

en la gráfica N° que nos indica la cantidad de horas sol en el Ecuador.

FIGURA N° 29

POTENCIAL DE ENERGÍA SOLAR EN EL MUNDO EN KVh

POR DÍA Y AÑO

Fuente: https://aldomartinezpinanez.wordpress.com/ Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo


Se necesita saber los valores de consumo de Voltaje y amperaje

de cada uno de los elementos de los sistemas de riego para poder hacer

los cálculos de cuantos paneles solares son necesarios para la

sustentación energética fotovoltaica.

El tiempo de hora en las cuales hay más sol al día en el cual

podemos ver en el grafico N°29 la estimación del sol en el Ecuador es de

5.0 KWH/M2.

Cálculos del consumo de voltaje conociendo el consumo de voltaje

de los diferentes elementos del sistema.

TABLA N° 19

CONSUMO DE VOLTAJE

Equipo Corriente

(mA)

Voltaje

(VDC)

Potencia

(w)

Tiempo

(h)

Energía

(Wh)

Bobina de la

Electroválvula 750 24 18000,00 5 90000,00

Amplificador

operacional

LM324

10 12 120,00 5 600,00

Interfaz de

control 200 12 2400,00 5 12000,00

Raspberry Pi 100 5 500,00 5 2500,00

Sensor EA-10 100 12 1200,00 5 6000,00

Total 111100,00 (Wh)

Eficiencia 85% 944,35 W

Horas de Sol 5 188,87 w

Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo


El consumo de generación de energía solar que sustenta el

sistema automatizado de riego por goteo es de 188,87 W lo que se

necesita para poder sustentar la energía eléctrica del sistema de riego.

3.1.13 Fórmula para el cálculo de las baterías de ciclo profundo

Las baterías de ciclo profundo son las encargadas de almacenar la

energía eléctrica generada por los paneles solares, la cual será usada en

la noche para la auto-sustentación energética.

Para estos cálculos se debe tener en cuenta los siguientes valores:

Energía (Corriente) que consume el sistema

Factor de rendimiento de instalación 0,8

Tención CC ya sea de 5,12 y 24 V que es lo que consume el sistema

Los coeficientes de pérdida

Días de autonomía: es a sumas de horas en las cuales el sistema va

hacer autónomo se referencia a las horas donde no hay impacto solar

(en la noche)

Profundidad de descarga de la batería.

La medición se hace con está formula:

Dónde:

Ep= Energía ponderada

IWh= energía toral del sistema esto es en Wh al día

Fr= Factor de rendimiento


Fórmula para la capacidad de la batería

Dónde

Cb= Capacidad de la batería

Ep= Energía Ponderada

Da= Días de autonomía

Pd= Perdida de descarga

Con esta podemos sacar la energía ponderada en Wh que es lo

que se necesita para el consumo por hora.

Capacidad de la batería en Amperios teniendo en cuanta que los

voltajes de consumo del sistema son de 5,12 y 24V.

Dónde

CbAh= Capacidad de baterías amperios hora

Cb= Capacidad de la batería

V= Voltaje del sistemas

Este resultado nos dice cuántos Watts (Wh) y cuantos Amperios

(Ah) son los requeridos para la sustentación de energía continua del

sistema, con lo cual se adquiere los números de baterías necesarias para

almacenar el voltaje necesario.


La energía solar receptada por medio de los paneles solares pasa

al regulador de carga la misma es transferida a baterías de ciclo profundo

para después ser transformada por el inversor a corriente continua de

110V o 220V dependiendo el uso de los equipos, estas tendrá la tarea de

tener el funcionamiento continuo del sistema de riego.

En el diseño del sistema de riego por goteo automatizado se

necesita dos paneles solares de:

Pmax 100W

V circuito Abierto 22V

C de corto circuito 5.9ª

V a potencia max 18.6V

Dos baterías de ciclo profundo para el almacenaje de la energía

eléctrica para la noche.

Costo de un sistema de Riego

Se presenta una tabla de componentes del sistema de riego por

goteo con precios aproximados dentro del mercado y el costo total de

inversión.

TABLA N° 20

COSTOS DE LOS EQUIPOS

N° EQUIPOS PRECIO

UNITARIO

PRECIO

TOTAL

2 Panel solar de 200W 200,00 400,00

2 Regulador de carga 20,00 40,00

2 Inverso de voltaje 1000 W Desde 12 Vdc A 110 Vac

130,00 260,00

4 Batería de Ciclo profundo 280,00 1120,00


1 Placa Raspberry Pi 70,00 70,00

50 Sensores de Humedad 6,00 300,00

1 Software controlador de Agua a presión

150,00 150,00

1 Bomba de agua 400,00 400,00

2 Válvulas solenoide 60,00 120,00

2 Reservorio de Agua 250,00 500,00

2 Tubería de metal 8,00 0,00

10 Tubería de plástica 4,00 40,00

1 Cable UTP rollo 300,00 300,00

1 relet 45,00 45,00

100 Goteros de plástico 1,25 125,00

TOTAL 3870,00 Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Podemos decir que el costo del sistema de riego va a depender de

la cantidad de superficie que se vaya a cubrir, de eso dependerán el

ahorro de materiales como lo que son en tuberías, goteros, sensores de

humedad y cableado. Los otros equipos de control son valores fijos, son

los implementos necesarios para la automatización.

3.2 Impacto

Impacto ambiental

Podemos decir que el diseño de este sistema de riego por goteo

automatizado reduce ahorro en el consumo de agua en los cultivos entre

un 85 a 90%; ya que es directamente a la raíz de la planta por medio de

las tuberías primarias a las secundarias y dispositivo de goteo.

Permitiendo beneficios en los cuales el productor tendrá una mejor

distribución de líquidos mejorando o manteniendo la producción del


mismo en las dos épocas del año en los cultivos, por medio de los

sensores de humedad de suelo que miden la cantidad de agua; enviando

señales al dispositivo de control el cual enciende el pase de agua a las

tuberías permitiendo el riego uniforme de la superficie del terreno.

El impacto en el medio ambiente es reducir el gasto desmedido de

agua para los cultivos podemos decir que este innovador diseño cuida el

consumo de agua. Podemos agregar una sustentación de energía

eléctrica por medio de los paneles solares son los que permiten el

funcionamiento constante del sistema, generando un ahorro en el

consumo de energía eléctrica para el productor y dando una solución al

problema energético para los lugares de difícil acceso del mismo; no en

todas partes del territorio llega la energía eléctrica por problemas de la

geografía y dificultad del terreno.

El sistema de riego por goteo automatizado se soluciona el

problema tanto energético partes importantes en el uso de las energías

renovables (energía fotovoltaica), las leyes del Ecuador permiten su

correcta explotación, usando nuevas tecnologías aprovechando el recurso

abundante por la ubicación geográfica y hemisférica de la línea Ecuatorial

con una buena producción de sol en el día tanto en las temporadas de

secas como lluviosas en el Ecuador. Las leyes ambientales también

exigen el correcto uso y consumo de los recursos hídricos en todo el

territorio reduciendo el desperdicio, la contaminación del agua y mal uso

del mismo; anima a usas nuevas tecnologías y metodologías para la

conservación del aguas de los ríos, pozos, vertientes, aguas subterráneas

etc.

3.3 Conclusiones

Se verá que en 41 fincas no hay estos conocimientos por completo

de la implementación de nuevas tecnologías para los cultivos, la mayoría


de los productores esperan las temporadas de lluvias para iniciar las

siembras desperdiciando las temporadas de verano para cultivar la tierra.

El 90% de los agricultores están de acuerdo que el desperdicio del

agua en el sector contribuye a daños al medio ambiente, temas de

desigualdad de consumo y se tendrá que buscar un sistema apropiado

para la mejor distribución de agua en los cultivos mejorando su

aprovechamiento y distribución del líquido en los cultivos.

El desconocimiento de la implementación de nuevas tecnologías

las que podrán dar una solución al problema de desperdicio del agua y el

aprovechamiento para la generación de energía eléctrica limpia,

alimentando energéticamente sistemas de riego por goteo automatizados.

El sistema de riego por goteo cumple con las metas propuestas de

los objetivos, solucionando el problema de falta de energía eléctrica en el

sector por medio de la energía solar; usando como controlador el cual

efectúa el control de las válvulas para el pase de agua a las tuberías

principales seguida de las tuberías secundarias a los botones que

irrigando el suelo de la planta.

La implementación de este sistema de riego depende de la

cantidad la cual se valla a cubrir de eso será el gasto de materiales. Es

una fuerte inversión, pero esto tendrá un ahorro para el control y

desperdicio del agua.

3.4 Recomendaciones

Se realice centros de capacitación para los pequeños agrícolas para el

uso de las tecnologías de irrigación y generación de energía eléctrica

renovable que les ayudan a mejor el aprovechamiento del agua para

los cultivos.


La búsqueda de nuevos métodos que ayuden con el aprovechamiento

de la explotación de las energías renovables que sustenten

energéticamente sistemas de riego automatizados.

Se recomienda a las autoridades del Cantón Daule el incentivo del

conocimiento de sistemas de riego por goteo automatizados al sector

de Petrillo comuna la Artillería para mejorar el consumo del agua por

medio de estos sistemas y la generación de energía eléctrica en los

distantes donde electricidad publica no llega.

Generar nuevos diseños eficaces con interfaces graficas amigables,

de fácil manipulación del usuario para el ingreso de datos específicos

de los cultivos; ya que existen en el mercado software de control para

sistemas de riego con interfaces confusas complicando la interacción

de usuario con el sistema.

Que este diseño sea la pauta para futuras investigaciones en el campo

de la automatización creando sistemas de innovación, mejorando la

vida de las personas. “la sostenibilidad energética en un futuro vendrá

dada por el uso de las energías renovables” (García, 2007)

GLOSARIO DE TÉRMINOS

Automatización.- Es la buscar la manera de realizar procesos o

trabajos donde no esté inmersa la mano del hombre.

Energía Fotovoltaica.- Es la energía eléctrica que es obtenida

directamente de los rayos solares transformada por medio de dispositivos

llamados células fotovoltaicas, es una fuente de energía renovables

inagotable y limpia.

Fotoresistor.- Es un componente electrónico, estas resistencia

disminuye con el aumento de la luz; más conocida por sus siglas LDR.

Microcontrolador.- Unidad de circuito integrado de alta escala de

integración con elementos que permiten el control para diferentes

módulos externos.

Sistema de Riego.- Sistema estructurado el cual permite

establecer el área de cultivo para la aplicación del agua necesaria a las

plantas, los componentes del sistema dependen del modelo riego si es

superficial, goteo o aspersión.

Válvulas Solenoides.- Es una válvula eléctrica para el control y

pase de agua en sistemas neumáticas o de fluidos, pueden trabajar con

corriente alterna AC o con corriente continua DC. Funciona con diferentes

voltajes y duración de ciclos programados.

ANEXOS

Anexos 72

ANEXO N° 1

LEY DE ENERGÍA RENOVABLE A

Fuente: http://www.iner.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2015/03/14-Decreto-1048.pdf Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Anexos 73

ANEXO N° 2

LEY DE ENERGÍA RENOVABLE B

Fuente: http://www.iner.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2015/05/LOSPEE.pdf Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

Anexos 74

ANEXO N° 3

LEY DE RECURSOS HÍDRICOS

Fuente: http://www.agua.gob.ec/wp-content/uploads/2012/10/LEYD-E-RECURSOS-HIDRICOS-II- SUPLEMENTO-RO-305-6-08-204.pdf Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

http://www.agua.gob.ec/wp-content/uploads/2012/10/LEYD-E-RECURSOS-HIDRICOS-II-

Anexos 75

ANEXO N° 4

MEDIO AMBIENTE

Fuente:http://www.ambiente.gob.ec/wpcontent/uploads/downloads/2012/09/constitucion_de_bolsillo_fin al.pdf Elaborado por: Moreano Muñoz Byron Arturo

BIBLIOGRAFÍA

1048, d. N. (14 de Marzo de 2015). iner.gob.ec.

http://www.iner.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2015/03/14-

Decreto-1048.pdf

Anónimo. (14 de Enero de 2008). XEnciclopedia, contenido de la

automatizacion http://www.xenciclopedia.com/post/Informatica/Que-

es-la-automatizacion.html

Alex Trujillo. (24 de Noviembre de 2015). Inversores Solares. Elemetos

basicos http://inversoressolares.net/

ABC Innovación. (30 de Enero de 2017). ABC Electrinics, concepto de

un PLC http://www.abcinnova.com/articulos-e-informacion/18-ique-

es-un-plc-y-que-beneficios-tiene.html

Blair, I. E. (1979). Riego por goteo . San Jose, Costa Rica .

C.E.V. (20 de Enero de 2014). soltex Chile S.A.

http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/abc/actuadores.pdf

Daniel Gutiérrez, P. M. (15 de Enero de 2015). Universidad Ricardo

Palma.

http://www.urp.edu.pe/pdf/ingenieria/mecatronica/Paper_Automatiz

acion_de_un_Sistema_de_Riego_Corregido.pdf

Ecuador, A. N. (10 de Septiembre de 2004). Misterio del Ambiente leyes

sobre la explotacion de recursos renobables

http://www.ambiente.gob.ec/wp-

Bibliografía77

content/uploads/downloads/2012/09/constitucion_de_bolsillo_final.pdf

Ecuador, A. N. (06 de Agosto de 2014). agua.gob.ec.

http://www.agua.gob.ec/wp-content/uploads/2012/10/LEYD-E-

RECURSOS-HIDRICOS-II-SUPLEMENTO-RO-305-6-08-204.pdf

Estado, R. O. (16 de 01 de 2015). La Radio.

http://laradio.asambleanacional.gob.ec/system/files/registro_oficial_

n_418_ley_organica_del_servicio_publico_de_energia_electrica.pd

f

García, L. M. (10 de Diciembre de 2007). Energía, energía fotovoltaica y

celdas solares de alta eficiencia. Revista Digital Universitaria.

López, F. (20 de Enero de 2014). Arduino Projetcs.

http://arduprojects.blogspot.com/2013/10/definicion-y-usos-de-

raspberry-pi.html

Sánchez, D. A. (2010). Libro Interactivo sobre Energía Solar y sus

Aplicaciones . En m. 3. El ciclo de la energía en la tierra.

universidad de guayaquil facultad de ingenierÍa...

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