Este documento ofrece el paso a paso de una solución innovadora, de bajo costo, para el riego de huertos o tierras productivas de entre 100 y 1000 metros cuadrados de extensión. Se trata de un sistema de riego por aspersión que se basa en un tablero con tres modos de uso: manual, con temporizador y con sensor de humedad. Dicho panel de funcionamiento de riego fue desarrollado en el marco de la Minga de Innovación, coordinada por el Laboratorio de Aceleración del Programa de Naciones Unidas y con participación de la Escuela de Formación Tecnológica (ESFOT) de la Escuela Nacional Politécnica y la Plataforma Central Primero de Mayo. 

Esta solución busca mejorar la eficiencia de consumo de agua y reducir el tiempo y esfuerzo humano para situaciones donde se riegan cultivos de forma mecánica. La solución tiene dos componentes: primeramente, la instalación de un tanque, bombas, mangueras y aspersores para evitar el riego manual con baldes, y el segundo, compuesto por un tablero multimodal que busca optimizar el consumo de agua. 

La solución busca reducir el esfuerzo físico que se realiza en el almacenamiento y distribución de agua y la constante supervisión en el regadío de los cultivos, pues en muchos casos este trabajo se realiza manualmente. Aun cuando se tiene agua potable, el agua es almacenada en tanques o reservorios para desclorar, pues el riego directo con agua clorada perjudica a las plantas u hortalizas. 

El tablero utiliza un microcontrolador Arduino y sensores de humedad de suelo que emite señales provenientes del suelo receptadas por un sensor de humedad y así determina cuánto se debe regar los cultivos. A continuación, presentamos un manual para replicar esta solución para personas con manejo intermedio de microcontroladores, software Arduino IDE, sistemas eléctricos y mecánicos. También se ofrece la replicabilidad de la solución a través del apoyo técnico de su creador:  rogger.vargasb@gmail.com bryan.vargas@epn.edu.ec 

El presente sistema de riego dispone de la parte electrónica, eléctrica y mecánica. 

La parte electrónica corresponde a los dispositivos de control, la parte eléctrica a los elementos de protección y alimentación del sistema, mientras que la parte mecánica esta formada por la bomba, tuberías, aspersores y válvulas. 

El sistema de riego debe cumplir con los 3 modos de operación: Manual, Temporizado y por Sensor. En el modo Manual el operador está en constante monitoreo del sistema. El modo Temporizado permite al usuario ingresar el tiempo mediante un pulsador hasta máximo dos horas. El modo por Sensor activa o desactiva la bomba de agua según el rango de voltaje que ingrese al microcontrolador. 

El algoritmo de control cumple con los siguientes requerimientos:  • Con un pulsador 1 navegar entre los diferentes modos de operación del sistema.  • Disponer un pulsador 2 que permita seleccionar el modo a emplearse.  • Disponer un pulsador 3 que permita parar el modo que se estaba realizando.  • En el modo manual el operador está en constante monitoreo del sistema.  • En el modo temporizado el usuario debe ingresar el tiempo de activación de la bomba de agua con un pulsador, hasta 2 horas máximo en intervalos de 5 minutos.  • El modo por Sensor de humedad entra en funcionamiento cuando el higrómetro haya detectado que el suelo se encuentra seco. 

Todas estas configuraciones son presentadas y visualizadas en el LCD. 

Cabe destacar que, para que los modos antes mencionados entren en funcionamiento y activen la bomba el sensor de nivel tipo interruptor debe estar cerrado lo que indica que el tanque de agua esta con la suficiente agua para así optimizar la vida útil de la bomba. 

A continuación, se presenta el código QR del algoritmo de control en el software Arduino IDE. 

Arduino nano 

Plataforma electrónica de software y hardware libre. El Arduino Nano dispone de 14 pines digitales de entrada y salida configurables, además, posee 8 entradas analógicas. 

Sensor de Humedad 

El sensor de humedad o también conocido como higrómetro es un dispositivo que mide la humedad del suelo. Son utilizados en sistemas automáticos para activar o desactivar la bomba de agua. 

Sensor de nivel tipo interruptor 

Dispositivo que permite encender o apagar la bomba dependiendo si el tanque de agua se encontraba lleno o vacío. 

Módulo de relé 

El relé es un interruptor mecánico que funciona eléctricamente y que permite mediante sus contactos encender o apagar un dispositivo. El relé posee contactos normalmente abierto y normalmente cerrado. 

Pantalla LCD 

Son dispositivos electrónicos para visualizar información. Los LCD de 16*2 están formados por 16 caracteres distribuidos en 2 filas. Además, para recibir información estas pantallas deben estar conectadas a un microcontrolador. 

Fuente de poder 110(VAC) - 5(V) 5(A) 

La fuente de poder modifica la corriente alterna a corriente continua debido a que los dispositivos electrónicos trabajan con voltajes reducidos y continuos. Este dispositivo debe ser capaz de suministrar continuamente 5V al Arduino. 

Pulsador  

El pulsador es utilizado para activar o desactivar un sistema. Además, son muy utilizados en la industria debido a su robustez. El algoritmo de control esta configurado para trabajar con pulsadores normalmente cerrados. 

• El pin 1 del LCD se conecta a tierra (G) del pin 2 del Arduino.  • El pin 2 del LCD se conecta a 5V (V) del pin 3 del Arduino.  • Los 2 extremos del potenciómetro(10k ohm) se conectan a 5V y tierra de los pines 4 y 5 del Arduino respectivamente y el pin del medio se conecta al pin 3 del LCD.  • RS (chip select) RW (lectura/escritura) y E (enable) se conectan a los pines 6, 7 y 8 respectivamente de la sección de datos(S) del Arduino nano.  • La comunicación entre el LCD y el Arduino se realizará en 4 bits, en los puertos D4, D5, D6, y D7 y estos estarán conectados a los pines 9, 10, 11 y 12 de la sección de datos(S) del Arduino.  • La resistencia de 330 ohm se alimenta con 5V desde el pin 13 y el otro extremo se conecta a la entrada 15 del LCD . El pin 16 se conecta al pin 13 de la sección tierra(G) del Arduino. 

• El pin A0 del Arduino se conecta a los 3 terminales del relé. El relé debe ser alimentado a 5V y tierra del pin A0 del Arduino, mientras, el pin N2 del relé se conecta al pin A0 de la sección de datos(S).  • Los pulsadores se conectan a la sección de datos y tierra del Arduino. Los pulsadores mover, ok y back se conectarán a los pines A2,A3 Y A4 del Arduino respectivamente.  • El higrómetro se alimenta a 5V y tierra del pin A5 mientras su entrada analógica se conecta al pin A5 de la sección de datos. 

• La fuente de poder es alimenta a 110VAC / 60HZ. La fuente de poder proporciona una alimentación de salida de 5VDC a 5A. El Arduino se alimenta a 5V y a tierra(GND). 

Disyuntor 

Para la protección de los dispositivos eléctricos, electrónicos y electromecánicos del sistema se utliza un disyuntor. La capacidad del disyuntor depende de la corriente que consuma la bomba de agua. 

A continuación, se presenta una tabla con valores recomendados de disyuntores con su respectiva bomba. 

• En sistemas donde se determine que la bomba necesaria para abastecer cierta área es de 0.5 hp se selecciona un disyuntor de 6A con un conductor AWG 14 que soporta hasta 15A.  • En sistemas donde se determine que la bomba necesaria para abastecer cierta área es de 1 hp se selecciona un disyuntor de 12A con un conductor AWG 12 que soporta hasta 20A. 

Contactor 

Es un dispositivo eléctrico que permite la activación o desactivación de un elemento eléctrico mediante sus contactos. 

El contactor debe ser dimensionado para soportar una corriente igual o superior a la del disyuntor. La alimentación al contactor debe ser de 110VAC. 

A continuación, se muestra una tabla con valores recomendados de contactores con su respectiva bomba. 

• Para sistemas donde se tenga una bomba de 0.5 hp el contactor debe soportar una corriente de 10A o 12A.  • En sistemas donde se tenga una bomba de 1 hp el contactor debe soportar una corriente de 12A o 14A. 

Selector de 3 posiciones 

El sistema consta de 2 modos de operación el modo manual y el automático. Por ende, se utiliza un selector de 3 posiciones que permite acceder a dichos modos. 

• El modo manual permite encender el sistema de riego cuando el selector se ha posicionado en esta configuración, importante, que en este modo el usuario está en constante supervisión del tanque de agua para garantizar que la bomba nunca succione en vacío. Además, esta configuración es una alternativa cuando el modo automático se encuentre con fallas.  • El modo automático entra en funcionamiento cuando el selector se ha establecido en esta configuración y permite al usuario acceder a 3 modos de operación: manual, temporizado y por sensor. En esta configuración el operario no está en constante supervisión del sistema debido a que posee un sensor de nivel tipo interruptor colocado en la parte inferior del tanque de agua que permite activar o desactivar la bomba. 

Luz indicadora 

La luz indicadora permite visualiza cuando la bomba de agua entra en funcionamiento. Además, se alimenta a 110VAC. 

Gabinete eléctrico 

El tablero se selecciona dependiendo a que tan expuesto esta con el polvo y la humedad. Como es un tablero para sistema de riego que esta con contacto con la intemperie se selecciona un gabinete con IP66. 

• Los dispositivos eléctricos y electrónicos se colocan dentro del tablero, y para una mejor protección de estos se instala un doble fondo permitiendo que el gabinete se cierre herméticamente.  • Se perforan 4 orificios en los extremos del tablero y se colocan barrillas roscadas, en ellas se coloca una tapa metálica. Se instalan en la parte inferior del tablero el contactor, borneras, Arduino, relé y fuente de poder.  • Se prosigue a perforar la tapa metálica donde se colocan los pulsadores, selector, luz indicadora, LCD y disyuntor.  • Para los pulsadores, luz indicadora y selector se perfora un diámetro circular de 2.2cm.  • Las dimensiones del LCD son de 2.8cm de ancho y 7,2 cm de largo.  • En el conexionado eléctrico se utiliza cable 14 o 12 AWG según la potencia de la bomba seleccionada, mientras, para el conexionado electrónico se utiliza cable para Arduino macho-macho, macho-hembra y hembra-hembra.  • Finalmente, se fija el tablero en una base sólida.

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Tanque de almacenamiento 

El sistema de riego debe tener un tanque reservorio como mínimo de 55 galones de capacidad permitiendo un riego de 15 minutos como máximo hasta llegar a desactivar el sensor de nivel. 

Bomba de agua 

En terrenos planos menores a 800(mm2) la bomba requerida es de 0.5 hp, conectada a 3 o 4 aspersores que abarcan un área aproximada de 300(mm2) cada aspersor. Cabe destacar, que la bomba puede abastecer a 2 aspersores a la vez. 

En terrenos inclinados menores a 1600(mm2) la bomba requerida es de 1 hp, conectada a 5 o 6 aspersores que abarcan un área aproximada de 300(mm2) cada aspersor. Cabe destacar, que la bomba puede abastecer a 2 aspersores a la vez. 

A continuación, se presenta características técnicas de una bomba de agua. 

Aspersor 

El aspersor puede girar 360 grados con un alcance de 21(m) o a su vez configurarse a que riegue en un solo sentido. 

A continuación, se presenta características técnicas de un aspersor de agua. 

Manguera 

Se selecciona una manguera de polietileno, dado que, este material presenta muy poca rugosidad, lo que hace que el flujo del agua sea más constante y uniforme. 

A continuación, se presenta características técnicas de una manguera de agua. 

• Se realiza una perforación a 18 cm de la base del tanque donde se instala el sensor de nivel tipo interruptor. Mientras, que para la succión de la bomba se realiza una perforación en la base del tanque.  • Para optimizar la vida útil de la bomba de agua se coloca una válvula check antirretorno la cual permite que una vez la bomba ha sido cebada ya no repetir el proceso de cebado.  • Se prosigue a conectar la bomba de agua al reservorio. El tanque se conecta a la succión de la bomba y la descargar se conecta a la manguera que distribuirá el agua al terreno.  • La manguera de ¾ (m) se distribuye a lo largo del terreno considerando que el aspersor tiene un alcance de 21m de diámetro. El riego se realiza en ramales.  • Para la unión de los ramales se utiliza acoples en forma de Tes de ¾ (m) de diámetro. Además, se colocar abrazaderas en cada conexión.  • Colocado los ramales con sus respectivos acoples se procede a instalar los aspersores. Para la unión de los aspersores se utiliza acoples roscados en un sentido.  • Cada aspersor debe constar con su propia válvula de cierre y apertura lo que permite regar en ciertas áreas donde sea requerido.  • Importante que para obtener un mayor alcance y distribución del agua se colocan los aspersores a una altura de 1(m) sobre el suelo. 

Coordinación

Paulina Jiménez A. (PNUD)

Autor y creador

Bryan Vargas (EPN)

Diseño y diagramación

Bryan Vargas (EPN)

Desarrollo de prototipo

Bryan Vargas  Alex David Simbaña César David Guano Pablo Javier Arias

Publicación realizada en el marco de la Minga de Innovación desarrollada con la Escuela de Formación Tecnológica de la Escuela Nacional Politécnica, la Plataforma Central Primero de Mayo y coordinada por el Laboratorio de Aceleración del Programa de Naciones Unidas (PNUD)- Ecuador. 

© PNUD 2023 

Elaborado en Ecuador 

El Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) autoriza la reproducción parcial o total de este contenido, siempre y cuando se realice sin fines de lucro y se cite la fuente de referencia. 

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