Dinmica de Sistemas Ciberntica

Cada gota de agua cuenta en un pas donde los problemas de la Agricultura y los largos periodos de sequa crecen.

Desde hace ya algunos aos se hace cada vez ms difcil sostener los cultivos a travs de riegos por inundacin o dependiendo de las lluvias, por lo que la opcin ha sido una irrigacin con muy pequeas cantidades de agua, en partes especficas de la planta, cerca o en las races, para que la nutricin llegu directamente, en lugar de esperar a que la planta desarrolle un sistema radicular grande y se nutra de otros elementos que existen en el suelo.

Los avances tecnolgicos en la agricultura estn orientados fundamentalmente al manejo eficiente de los factores de produccin, entre ellos del agua de riego, dosificada a travs de los sistemas de riego por goteo que desde su creacin, ha revolucionado la agricultura este sistema acompaado de las dosis de fertilizacin en el agua, con manejo de suelos adecuados y semilla de buena calidad, permiten incrementar la rentabilidad de los cultivos.

Estas tcnicas son conocidas como sistemas de riego localizado (por goteo o usando cintas), por aspersin, y adicionalmente la posibilidad de fertilizar los cultivos a travs del sistema de riego (fertirrigacin)

Cada pas, cada clima, cada calidad de agua, cada forma de cultivo, agrega experiencia, por lo tanto es sumamente importante el intercambio de informacin en todo campo y en la agricultura mucho ms, para poder llegar a entender como podemos utilizar menos agua, menos fertilizante y lograr tener mucho ms produccin.

1.- Identificacin del Problema

En el proceso de riego en el Fundo la Pea, hemos podido identificar los siguientes problemas:

Que al utilizar un sistema de riego por gravedad existe un gran desperdicio de agua, ya que sta es vertida en los surcos sin un control debido. Lo cual trae como consecuencia que la calidad del producto y la productividad no sean las esperadas.2.- Pertinencia

El uso de la tecnologa basada en captar informacin del medio tales como temperatura, humedad, etc. a travs de sensores permite que el proceso de cultivo se realice con mayor eficiencia, ya que al recoger los datos de las distintas variables y al ser enviadas al receptor pertinente, ste podr tomar las mejores decisiones de acuerdo a la informacin capturada y posteriormente comparada con el valor de las variables que hacen que el sistema se mantenga en equilibrio.Es por ello que hemos llegado a la conclusin que para alcanzar una mayor productividad es preciso contar con tecnologa que nos permita controlar los procesos y el empleo eficiente de los recursos.

Con todo esto se podr alcanzar los siguientes objetivos:

Ahorro de agua de 30 a 50%

Ahorro de tiempo

20 a 30% ms productividad de la planta

Reduce la compactacin

Enfra el suelo

Reduce el problema de enfermedades

Permite aplicar el fertilizante nitrogenado fraccionado durante el riego

Menores problemas de malezas3.1- Situacin Actual

En la actualidad en el Fundo La Pea se han destinado 10 hectreas de terreno para el cultivo de varios tipos de hortalizas tales como aj panca, aj escabeche, brcoli, coliflor, cebolla, col, tomate, maz, culantro, repollo, etc.

El sistema de riego que se utiliza para el cultivo de estos productos es el riego por gravedad en surco, lo que ocasiona el desperdicio de grandes cantidades de agua, ya sea porque sta al ser vertida en cantidades abundantes se desborda de los surcos y pasa a regar terreno sin cultivo, o porque las mangas que transportan dicho recurso se encuentran en mal estado.

El agua que se utiliza para el riego es extrada de un pozo subterrneo a travs de una electrobomba y es transportada hacia los cultivos por medio de la utilizacin de mangas.

Este tipo de riego no permite colocar los fertilizantes y nutrientes que necesitan las plantas para un mejor desarrollo en el agua, por lo que la fertilizacin se realiza manualmente lo que conlleva a la utilizacin de una mayor cantidad de mano de obra.

3.2.- Pictogrfico

Electrobomba Manga de riego

Zona de cultivo

Pozo subterrneo

4.1. - Propuesta

Los sensores de humedad ubicados en la zona de cultivo enviarn la variable captada del suelo ( litros/metro cbico) hacia un medidor digital el mismo que traducir el resultado hacia el controlador implementado en el software dentro del computador, este computador emitir una seal dada en amperios hacia un transductor, habr un transductor en cada vlvula que riega cada tipo de producto: tomate, repollo, coliflor etc. , cuando el sensor de humedad determine que el suelo ya tiene la suficiente cantidad de humedad enviar este resultado al medidor digital este al controlador y ste har que la vlvula se cierre o siga abierta segn sea el caso. Cada tipo de producto tendr una cierta cantidad de humedad establecida, es este valor el que se comparar con el enviado por el sensor.

El proceso de riego tecnificado: riego por goteo, tiene como principal recurso, el agua, la misma que esta contenida dentro de un pozo subterrneo y que es obtenida gracias a la accin de una electro bomba, el agua pasa por unos filtros de arena, ya limpia de impurezas el agua es mezclada con una solucin de nutrientes y fertilizantes necesarios para el buen crecimiento del cultivo, la mezcla est contenida en 2 tanques, el llenado completo de un tanque har que el agua empiece a llenar en seguida el siguiente, la mezcla ser impulsada gracias a una bomba hacia un tanque de gran capacidad y ste llevar el agua hacia las caeras para el posterior riego del cultivo. Cada vez que la boya ubicada en este ltimo tanque alcance su nivel mximo la vlvula que permite el paso del agua se cerrar desencadenando el cierre de todas las vlvulas anteriores, las de los tanques mezcladores, las del paso de agua hacia los filtros y por ltimo de la vlvula que conecta la tubera de la electro bomba, as se detendr el llenado de agua. (ojo de esto no se ha hecho diagrama de bloques)

4.2.- Pictogrfico propuesto

4.3.- Diagrama de Bloques

4.3.-Componente comunicacin:

Medidor Digital

Es el dispositivo que registrar la humedad que reporte cada sensor de humedad y que se conectar con el computador para transmitir dichos datos.

4.4.-Componente Comparador:El Computador

El computador nos permitir almacenar los datos de las humedades ptimas de suelo que requiere cada tipo de cultivo, para poder compararlas con las humedades que reportan los sensores; para que as el software instalado en el ordenador pueda determinar de manera exacta la cantidad y el tiempo de riego para cada sector de terreno segn la especie cultivada.

4.5.- Componente sensor:

Hemos considerado un instrumento que permita medir la humedad del terreno, dicho instrumento proporcionar los datos necesarios que sern procesados para saber con exactitud la proporcin de agua que requiere el terreno y el momento indicado para realizar el proceso de riego.

Sensor de humedadMonitorear el contenido de agua en el suelo es esencial para ayudar a los agricultores a optimizar la produccin, conservar agua, reducir los impactos ambientales y ahorrar dinero. Tener un reporte constante de la humedad del suelo permitir tomar mejores decisiones en cuanto a la programacin del riego, es decir ayudar a determinar la cantidad de agua y el momento en que sta debe ser aplicada al terreno. Adems brindar la informacin necesaria para igualar los requerimientos de agua del cultivo con la cantidad aplicada en el riego; y as evitar prdidas de agua excesivas por percolacin profunda o por escurrimientos o bien evitar aplicar una cantidad insuficiente.

El sensor de humedad permitir tener un control de riego en los cultivos y as evitar el exceso de irrigacin que trae como consecuencias un incremento en el consumo de energa y agua, aumenta tambin el movimiento de fertilizantes por debajo de la zona radicular, produce erosin y transporte de suelo y partculas de qumicos a los canales de drenaje. Evitar tambin el riego insuficiente y con ello una disminucin en la produccin de las cosechas.

Instalacin y lectura

Para obtener una lectura mas precisa de la humedad de suelo, es importante instalar varias estaciones de sensores por terreno. Una estacin debe consistir en la instalacin de varios sensores enterrados a diferentes profundidades, segn el tipo de cultivo (a la profundidad efectiva de la raz), con el fin de evaluar el movimiento y la extraccin de la humedad a lo largo de la temporada del cultivo. La colocacin de los sensores variar ligeramente de acuerdo al mtodo de riego. Adems, los sensores deben de colocarse en un rea representativa, tal como dentro de una hilera de plantas para cultivos que se siembran en hileras, o en la cama para cultivos hortcolas o bien en reas mojadas bajo riego por goteo. La profundidad a la que se colocar el sensor tambin debe ser representativa de la zona efectiva de la raz.Los sensores deben instalarse mojados para mejorar la respuesta de los sensores al primer riego. Para colocarlos dentro del suelo y a una profundidad apropiada. Se empuja el sensor con una varilla dentro del agujero, se agrega agua y tierra para rellenar el agujero, dejando accesible el alambre por encima del terreno.

La conexin del alambre de los sensores a un medidor digital provee una lectura instantnea. Las lecturas frecuentes indican con cunta rapidez la humedad del suelo se agota, y por lo tanto, indican cundo es necesario el riego. El sensor a utilizar para guardar datos, que permiten que se realice la lectura de los datos directamente y se registren continuamente, permitiendo que los datos se descarguen a una computadora.

En el sistema de riego por goteo, el riego se aplica cuando el sensor colocado a una profundidad de 18 pulgadas alcanza una lectura de aproximadamente 40 cb.

Los sensores sirven para dar seguimiento al riego e indican la tendencia de la humedad del suelo.

4.6.- Componente Amplificador:

Seal elctricaLos datos registrados en los sensores de humedad pasan a un medidor digital el cual transfiere dichos datos a travs de una seal elctrica hasta el computador donde sern comparados con la base de datos que contiene las temperaturas y humedades optimas para cada cultivo y a partir de dicha comparacin se proceder a determinar las cantidades de agua que requiere cada cultivo; dicha informacin a su vez ser transmitida por seales elctricas hacia las vlvulas que se activarn automticamente al recibir la seal elctrica.

4.7.-Componente Actuador:

Vlvulas de caerasEstas vlvulas son un instrumento de control que permiten iniciar detener o regular la circulacin del agua hacia las caeras y luego a las cintas que se encuentran ubicadas en sectores bien proporcionados parar lograr un mejor riego del cultivo.

4.8.-Componente Proceso:

Regado de Cultivo

En el proyecto propuesto se desarrollara un proceso que nos permitir automatizar el Riego por goteo; es decir controlar a travs de un computador el proceso de regado. Este computador tendr instalado un software que a partir de la comparacin de los datos obtenidos por los sensores de humedad con los datos de las humedades optimas para cada cultivo que se encuentran en la base de datos del ordenador procese dichos datos y con ello d como salida las cantidades de agua y el tiempo de regado de cada cultivo; sta informacin ser transmitida a travs de seales elctricas hacia las vlvulas de caeras que al recibir dicha seal elctrica se activarn para iniciar o detener el riego.

El agua utilizada para el riego ser extrada desde el subsuelo por medio de una electrobomba y pasar a travs de 2 filtros de arena para eliminar las impurezas, hecho esto el agua pasara a unos tanques donde se combinar con algunos nutrientes que necesite el cultivo, en dichos tanques permanecer el agua hasta que el computador emita una seal que abra las vlvulas para iniciar el proceso de riego; al abrirse las vlvulas el agua ser transportada hacia un canal de donde se repartir a cada planta por medio de una pequea caera con una cinta.

Con este tipo de riego lograremos un alto grado de eficiencia ya que se podr minimizar las prdidas de agua ya sea por infiltracin profunda o por escurrimiento superficial. As, el agua aplicada es solamente la que el cultivo requiere para su crecimiento y produccin.

5.- Anlisis de impacto

5.1.- Econmico

El siguiente anlisis es realizado para un rea de 10 HectreasInsumos (tuberas, anillos, codos, pegamentos, vlvulas, etc.)100,000

Instalacin50,000

Costo de software8, 000Capacitacin 1,000Total Estimado.*159,000 *La unidad monetaria es el nuevo sol.Esta inversin ser recuperada en un mediano plazo, ya que con la optimizacin de la produccin, la calidad de los productos aumentar as como la cantidad, ya que pasaran a cultivar el doble de su capacidad actual.

Para el buen funcionamiento del sistema, es primordial que se capacite al personal en el uso de ste, con el fin de aprovechar al mximo los beneficios del sistema

En el siguiente cuadro se observa cules podran ser los finales de los distintos productos producidos en el Fundo la Pea.

Posibilita la siembra oportuna de los cultivos.

Reduce la cantidad de mano de obra y el costo de movimiento de tierras.

Permite obtener mayores productividades y ms ingresos econmicos.

Reduce los costos de operacin y mantenimiento del sistema de riego.

Reduce el costo en jornales para el riego en parcela.

5.2.- Social Beneficio del cliente puesto que podr adquirir un producto de mayor calidad al mismo precio de mercado.

Aumento de utilidades para los productores ya que con un sistema automatizado de riego por goteo su productividad aumentar.

Reduccin de personal, pues con este sistema de riego implantado se necesitar una menos cantidad de mano de obra Permite al usuario tener tiempo adicional para otras actividades productivas.. Genera cambios de actitud en el uso y manejo de recurso Fcil aprendizaje y manejo del sistema por todo Aporta con conocimientos y tecnologa a los conocimientos ya existentes.6.- Conclusiones

Con la implantacin del sistema se conseguir lo siguiente:

Mejor utilizacin del recurso agua ya que se tendr un control de las cantidades exactas que requiere cada cultivo.

Mayor productividad.

Productos de mejor calidad7.- Recomendaciones

Dada la creciente escasez del agua en el planeta, debida a los cambios climticos y al existir hoy una mayor demanda de los limitados recursos hdricos; el uso eficiente de las aguas superficiales y subterrneas disponibles, debe ser crucial.

Debido a que agua es un recurso cada vez ms escaso que debemos manejarlo cuidadosamente. En la actualidad ms del 40% del agua destinada para riego se pierde (por infiltraciones, malos diseos de canalizaciones, etc.) antes de que llegue a los cultivos es por ello que la implantacin del riego por goteo es una buena opcin para solucionar este problema.

INTRODUCCIN

Automatizacin del proceso

de riego en el Fundo

La Pea

Lleva el agua hacia

Lleva el agua hacia

Bombea agua desde una profundidad de 28 m. con un caudal de 5 ml/s

Filtros de arena

Tanques

Tanque

Boya

Sensor de Humedad

del suelo

Riego en las cantidades necesarias

Medidor digital

Electro bomba

Medidor

Proceso

Actuador

Amplificador

Comparador

Riego

Exacto

Humedad

Sensor de Humedad

Riego de Cultivo

Vlvulas de Caeras

Computador

Seal Elctrica

Productor

Auto - Servicio

Pblico Consumidor

Minorista

Mercado Mayorista

Exportacin

Industria

Agente Mayorista

Exportacin

El agua se desborda por zonas que no necesitan ser regadas