Tesis - Riego a Precisión en Máquina de Avance Frontal, Ingeniería Mecánica Agrícola, Universidad Autónoma de Chapingo [Guzmán Ramírez]

7/18/2019 Tesis - Riego a Precisión en Máquina de Avance Frontal, Ingeniería Mecánica Agrícola, Universidad Autónoma de C…

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CONTENIDO

ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................ VIII

ÍNDICE DE CUADROS ................................................................................................ IX

RESUMEN.................................................................................................................... X

ABSTRACT ................................................................................................................. XI

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

2. OBJETIVOS ............................................................................................................. 3

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... 3OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................... 3

3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 4

3.1 SISTEMAS DE RIEGO DE ASPERSIÓN CON RAMALES DESPLAZABLES...... 4

- 3.1.1 Pivote Central ........................................................................................ 5 - 3.1.2 Lateral de avance frontal ....................................................................... 6

4. RIEGO DE PRECISIÓN ......................................................................................... 11

4.1 ¿QUÉ ES EL RIEGO DE PRECISIÓN? ........................................................................ 114.2 ETAPAS DEL RIEGO DE PRECISIÓN. ......................................................................... 16

5. HUMEDAD DEL SUELO ....................................................................................... 19

5.1 PARAMETROS DE HUMEDAD DEL SUELO .................................................... 195.1.1 El agua disponible en el suelo para la planta .............................................. 19 5.1.2 La capacidad de campo .............................................................................. 20 5.1.3 El punto de marchitez permanente ............................................................. 21 5.1.4 Contenido gravimétrico de agua ................................................................. 22 5.1.5 La densidad aparente ................................................................................. 23 5.1.6 El contenido volumétrico de agua del suelo ................................................ 23 5.1.7 Intervalo de humedad disponible y Déficit permitido en el manejo del riego 24

5.2 MEDICIÓN DE AGUA EN EL SUELO POR SENSORES ..................................... 26

5.3 TIPOS DE SENSORES..................................................................................... 265.3.1 Bloques de yeso ......................................................................................... 26 5.3.2 Matriz granular ............................................................................................ 27

5.3.3 Sensores que miden la constante dieléctrica del suelo. .............................. 29 5.3.4 Sondas de neutrones .................................................................................. 33

6. SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO DE UNA MÁQUINA ..................................... 37

6.1SISTEMAS GNSS.................................................................................................. 376.2 SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO SATELITAL ............................................................ 37

6.2.1 NAVSTAR-GPS .......................................................................................... 38



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6.2.2 GALILEO .................................................................................................... 39 6.2.3 GLONASS .................................................................................................. 40

6.3 CORRECCIONES DIFERENCIALES SATELITALES. ........................................................ 426.3.1 WAAS ......................................................................................................... 42 6.3.2 EGNOS ....................................................................................................... 43

6.3.3 RTK............................................................................................................. 44 6.4 APARATOS ÚTILES PARA DETERMINAR LA POSICIÓN DE UNA MÁQUINA EN CAMPO. ........ 46

6.4.1 Receptor (GPS) .......................................................................................... 47 6.4.2 Compás electrónico .................................................................................... 49

7. VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL ........................................................... 52

7.1 VÁLVULAS QUE SE UTILIZAN PARA RIEGO DE PRECISIÓN ......................... 527.1.1 Válvulas hidráulicas .................................................................................... 53 7.1.2 Válvulas de control remoto.......................................................................... 55 7.1.3 Electroválvulas ............................................................................................ 56

7.2 L AS VÁLVULAS COMO ELEMENTO DE RIEGO DE PRECISIÓN. ........................................ 608. EMISORES UTILIZADOS EN SISTEMAS DE RIEGO CON RAMALESDESPLAZABLES. ....................................................................................................... 61

8.1 EMISORES ....................................................................................................... 618.1.1 Toberas pulverizadoras .............................................................................. 62 8.1.2 Tipos de Emisores utilizados en máquinas desplazables de aspersión con

ramales. ............................................................................................................... 64 8.2 P ARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO DE UN EMISOR. ................................................. 678.3 LOS EMISORES COMO ELEMENTO DE RIEGO DE PRECISIÓN. ....................................... 70

9. INTEGRACIÓN DE LOS ELEMENTOS AL SISTEMA DE AVANCE FRONTAL ..... 719.1 APLICACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE RIEGO DE PRECISIÓN A UNA MÁQUINA DE AVANCE

FRONTAL. .................................................................................................................. 729.2 DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS Y DEL SISTEMA EN CONJUNTO. 73

9.2.1 Sensores ..................................................................................................... 73 9.2.2 Sistema de adquisición de datos................................................................. 77 9.2.3 Válvulas ...................................................................................................... 79 9.2.4 PLC ............................................................................................................. 81 9.2.5 Software ...................................................................................................... 83 9.2.6 Emisores ..................................................................................................... 85 9.2.7 Sistema de posicionamiento. ...................................................................... 88

10. ESTUDIO ECONÓMICO ...................................................................................... 95

11. CONCLUSIONES ............................................................................................... 113

12. RECOMENDACIONES ....................................................................................... 114

13. LITERATURA CITADA ....................................................................................... 115



pág. viii

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. SISTEMA DE RIEGO PIVOTE CENTRAL EN CAMPO . ............................................... 5

FIGURA 2. SISTEMA DE AVANCE FRONTAL EN CAMPO . ....................................................... 6

FIGURA 3. AVANCE FRONTAL CON TOMA DE CANAL A NIVEL . .............................................. 7

FIGURA 4. SISTEMA DE AVANCE FRONTAL EN CAMPO. ....................................................... 10

FIGURA 5. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE RIEGO DE PRECISIÓN. ...................................... 18

FIGURA 6. SENSOR BLOQUES DE YESO ........................................................................... 27

FIGURA 7. SENSOR DE MATRIZ GRANULAR . ..................................................................... 28

FIGURA 8. SENSOR TDR ................................................................................................ 31

FIGURA 9. SENSOR FDR . .............................................................................................. 32

FIGURA 10. SONDA DE NEUTRONES . ............................................................................... 34

FIGURA 11. COMPÁS ELECTRÓNICO ............................................................................... 50

FIGURA 12. V ÁLVULA HIDRÁULICA ................................................................................... 54

FIGURA 13. ELECTROVÁLVULA ....................................................................................... 56

FIGURA 14. ELECTROVÁLVULA ACTIVADA MEDIANTE PULSOS ELÉCTRICOS ........................ 57

FIGURA 15. TOBERA PULVERIZADORA DE PLATO GIRATORIO . ........................................... 63

FIGURA 16. COLOCACIÓN EN BAJANTES DE TOBERAS PULVERIZADORAS. ........................... 64

FIGURA 17. EMISOR ROTATOR*R3000 . .......................................................................... 64

FIGURA 18. EMISOR SPINNER*S3000 . ............................................................................ 65

FIGURA 19. EMISOR NUTATOR*N3000 . .......................................................................... 65

FIGURA20. EMISOR SPRAYHEAD*D3000 . ....................................................................... 66

FIGURA 21. EMISOR ACCELERATOR* A3000 . .................................................................. 66

FIGURA 22. EMISOR TRASHBUSTER *T3000 . .................................................................. 67

FIGURA 23. UBICACIÓN DEL PANEL DE CONTROL DEL SISTEMA DE AVANCE FRONTAL. ......... 71

FIGURA 24. SENSOR DE HUMEDAD DEL SUELO 10 HS . ..................................................... 73

FIGURA 25. C ABLEADO DEL SENSOR 10 HS. .................................................................... 76

FIGURA 26. MUESTRA LA CONEXIÓN DE LAS SONDAS AL EM50R DATALOGGER. ................. 76

FIGURA 27. CONEXIÓN ENTRE LOS SENSORES DE HUMEDAD Y EL COMPUTADOR CENTRAL. . 78

FIGURA 28. SE MUESTRA LA UBICACIÓN DE LA ELECTROVÁLVULA EN EL SISTEMA. .............. 79

FIGURA 29. ELECTROVÁLVULA MODELO P150-23-56 ...................................................... 80

FIGURA 30. LÓGICA DEL PROGRAMA PARA REALIZAR EL RIEGO ......................................... 84

FIGURA 31. UBICACIÓN DE LOS EMISORES EN UNA MÁQUINA DE AVANCE FRONTAL. ............ 86

FIGURA 32. EMISOR ROTATOR R3000. ........................................................................... 87



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FIGURA 33. RECEPTOR Y ANTENA GPS MODELO RX500 . ................................................ 88

FIGURA 34. C ABLEADO DEL RECEPTOR GPS MODELO RX500. ......................................... 89

FIGURA 35. COLOCACIÓN DEL RECEPTOR GPS. .............................................................. 90

FIGURA 36. DIAGRAMA DEL SISTEMA DE RIEGO DE PRECISIÓN PROPUESTO. ....................... 91

FIGURA 37. DIAGRAMA DE COLOCACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD EN CAMPO. ...... 94

ÍNDICE DE CUADROS

CUADRO1. VALORES REPRESENTATIVOS DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE VARIOS

TIPOS DE SUELO. ........................................................................................................................... 21

CUADRO 2. PROFUNDIDAD EFECTIVA DE LA RAÍZ DE ALGUNOS CULTIVOS. ...................... 25

CUADRO 3. CARACTERÍSTICAS DE LOS SENSORES DE HUMEDAD DEL SUELO. ................. 36

CUADRO 4. COMPARATIVA DE GPS, GLONASS Y GALILEO. .................................................... 41

CUADRO 5. SISTEMAS DE CORRECCIÓN DIFERENCIAL DISPONIBLES EN EL MUNDO. ...... 46

CUADRO 6. COMPARACIÓN DE UN GPS DIFERENCIAL Y UN GPS AUTÓNOMO. ................... 49

CUADRO 7. EMISORES UTILIZADOS EN SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN DE AVANCE

FRONTAL Y PIVOTE CENTRAL. ..................................................................................................... 69

CUADRO 8. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL SENSOR 10 HS. ............................................ 75

CUADRO 9. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA VÁLVULA P150-23-56. ............................... 80

CUADRO 10. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS MICROLOGIX 1762-L40WBA. ............................ 82

CUADRO 11. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL ROTATOR R3000. ....................................... 87

CUADRO 12. ELEMENTOS DE INTEGRACIÓN PARA LA MÁQUINA DE RIEGO. ....................... 96

CUADRO 13. CABLEADO ................................................................................................................ 97

CUADRO 14. COEFICIENTES DE USO CONSUNTIVO PARA DIFERENTES CULTIVOS. ........ 106

CUADRO 15. PORCENTAJES DE HORAS LUZ EN EL DÍA PARA CADA MES DEL AÑO ENRELACIÓN AL NÚMERO TOTAL EN UN AÑO. ............................................................................. 106



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RESUMEN

El desarrollo de nuevas tecnologías de riego y su incorporación a los regadíos

para mejorar la eficiencia de aplicación de agua y optimizar la utilización de este

recurso viene impuesto, entre otros factores, por: Una disminución de agua

disponible para riego al existir una mayor demanda urbana e industrial y tener que

compaginarlo de forma equilibrada con el medio natural. Estudios realizados a

nivel mundial mencionan que con el riego tradicional existen grandes pérdidas de

agua resultado de: Aplicaciones uniformes sobre el terreno sin tomar en cuenta la

variabilidad espacial de la superficie de trabajo y los requerimientos hídricos del

cultivo. Para resolver este problema surge el presente trabajo de investigación el

cual tiene como objetivo realizar la propuesta de diseño de un sistema de Riego

de Precisión aplicado a una máquina de Avance Frontal, como una alternativa a

productores del campo mexicano. De esta forma se diseñó un sistema de riego de

precisión planteado para 10 ha de superficie que en base, al monitoreo de la

humedad del suelo con la ayuda de elementos como: sensores colocados a una

profundidad representativa de la zona radicular del cultivo, sistema GPS que

proporciona en tiempo real la ubicación de la máquina, electroválvulas que

permiten controlar el flujo del agua de manera precisa, emisores que garantizan

patrones de aspersión más completos, controladores PLC que activan lossegmentos de riego de la máquina que tiene una longitud de 100 m dividida en

dos sectores de riego. Así con la interacción de estos componentes realizar riegos

por sitio-específico entregando solo la cantidad de agua requerida por el cultivo en

tiempo y cantidad precisos.

Palabras clave: Riego de Precisión, Sitio-Específico, Avance Frontal, Variabilidad

Espacial del suelo, Pérdidas.



pág. xi

ABSTRACT

The development of new irrigation technologies and their incorporation into

irrigation to improve water application efficiency and optimize utilization of this

resource is imposed, inter alia, by: A drop of water available for irrigation to be

more urban and industrial demand and having to align it evenly with the natural

environment. Studies conducted worldwide mention that there are large traditional

irrigation water losses resulting from: uniform application in the field without taking

into account the spatial variability of the work surface and crop water requirements.

To resolve this problem arises in this research which aims to make the proposed

design of an irrigation system applied to machine precision Progress Front,

producers as an alternative to the Mexican countryside. Thus we designed a

precision irrigation system proposed for 10 hectares. that based on surface, themonitoring of soil moisture with the help of sensors placed at a depth

representative of the crop root zone, GPS system that provides real-time location

of the machine, solenoid valves that control water flow accurately, Issuers to

ensure complete dispersal patterns, which activate PLC irrigation segments of the

machine which has a length of 100 m divided into two irrigation sectors, So the

interaction of these components make site-specific risks by delivering just the right

amount of water required for cultivation in precise time and quantity.

Keywords: Precision Irrigation, Site-Specific, Frontal advanced, Soil Spatial

Variability, Losses.



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1. INTRODUCCIÓN

El riego con máquinas (Pivote Central y Avance Frontal) puede ser de una

fabricación intachable, con los mejores componentes mecánicos y eléctricos del

mercado y con una durabilidad y fortaleza extraordinarias, pero si no riega bien, la

inversión realizada no está debidamente rentabilizada.

El principal objetivo y finalidad de los sistemas de riego de Pivote Central y Avance

Frontal es distribuir el agua sobre el terreno a regar, aplicando el riego en un

momento que ha sido determinado por el agricultor y que se hace de manera

uniforme sobre la superficie cultivada, sin tomar en cuenta los requerimientos

hídricos en tiempo real que demanda el cultivo.

Se tienen varios estudios realizados a nivel mundial, donde se menciona que, enel riego tradicional existen grandes pérdidas de agua, ya que no se tiene un

control de la humedad del suelo, además de que se riega de manera uniforme sin

tomar en cuenta la variabilidad espacial del campo a regar, esto debido a las

características del relieve y a los diferentes tipos de suelo que se pueden

encontrar en una superficie de trabajo.

Es por esta razón que surge la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías que

permitan un mejor aprovechamiento de este recurso, realizando riegos de maneraprecisa y así evitar pérdidas con riegos innecesarios.

Precisión quiere decir mayor eficacia, reducción de la evaporación y menor

dispersión por viento. Esto adquiere mayor importancia con la incorporación de

fertilizantes, herbicidas, micronutrientes, insecticidas y fungicidas.

Con el riego de precisión se comenzaron a integrar controles remotos y sistemas

de monitoreo a las máquinas de riego de Pivote Central y Avance frontal. Estossistemas permiten a través de señales de radio o teléfono móvil, encender o

apagar el equipo de riego desde cualquier lugar, visualizar en un monitor si están

funcionando y determinar su posición en el campo.



pág. 2

Los sistemas de control remoto para Pivotes y Avance Frontal se han hecho cada

vez más sofisticados y en la actualidad el operador puede pre-programar el riego

con varias semanas de anticipación. Las instrucciones pueden incluir diferentes

tasas de aplicación de agua programadas dependiendo del sector de riego, según

los requerimientos del cultivo.

Debido a la diversidad del relieve y la composición física del suelo ocasionan que

se encuentren zonas con diferentes características cada una dentro de una

superficie cultivada, lo que puede influir en aspectos como, los requerimientos

hídricos necesarios para satisfacer de manera eficiente las necesidades de la

siembra presente en cada zona delimitada.

Tomando en cuenta que no todas las áreas de un terreno cultivado requieren de lamisma cantidad de agua y que no necesitan ser regadas todas a la vez, el riego de

precisión tiene como finalidad primordial el ahorro de agua y darle al cultivo la

cantidad que este en verdad necesita, y así minimizar el desperdicio de este

recurso, evitando riegos que van más allá de lo que el suelo requiere, así como el

posible impacto ambiental.

Uno de los objetivos que se plantea con el riego de precisión es realizar el manejo

de un sistema que pueda determinar el momento adecuado para regar y lacantidad de agua por aplicar, en función, del estado de humedad del suelo o de la

planta y de la uniformidad en el reparto de agua del sistema.

Este trabajo se enfoca en la investigación del riego de precisión sus conceptos y

elementos que lo conforman y que se describen en el contenido. Derivándose una

propuesta de diseño de un sistema de riego de precisión con la incorporación de

los elementos adecuados a una máquina de Avance Frontal.

Con el objetivo de realizar manejos de riego por sitio-específico de manera eficaz

trayendo consigo un mejor aprovechamiento del agua y beneficios al productor.



pág. 3

2. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

- Investigar sobre el riego de precisión y de los elementos que forman partede este, para proponer el diseño de un sistema de riego de precisión de

dosis variable de agua, aplicado a una máquina de avance frontal.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Realizar una investigación acerca del riego de precisión y los elementos

que lo componen.

- Proponer el diseño de un sistema de riego de precisión aplicado a una

máquina de avance frontal que permita optimizar el uso del agua.



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3. MARCO TEÓRICO

3.1 SISTEMAS DE RIEGO DE ASPERSIÓN CON RAMALES DESPLAZABLES

En respuesta al creciente problema de escasez de agua y mano de obra, los

sistemas de riego por aspersión basados en ramales desplazables constituyen

una buena alternativa en materia de riego, por tratarse de equipos que permiten

mejorar el aprovechamiento del agua y su distribución sobre el cultivo. Por otra

parte, cuando se trata de grandes superficies, el costo de inversión y operación es

relativamente bajo si se compara con otros métodos de riego fijos o semi-fijos.

Los primeros sistemas de riego autopropulsados fueron desarrollados en

Nebraska, Estados Unidos, en 1948. Desde ese momento, se ha producido unconstante mejoramiento de los equipos, hasta llegar a los actuales pivotes

centrales y laterales de avance frontal (Hamil, 2008).

Estos equipos de riego han experimentado una gran expansión en los últimos

años debido a los siguientes factores (Hamil, 2008):

1. La alta eficiencia de aplicación de agua que pueden alcanzar si son bien

utilizados.

2. El grado de automatización que los caracteriza, con lo que disminuyen las

labores respecto a otros métodos de riego.

3. La capacidad para aplicar agua y nutrientes solubles en una amplia gama

de suelo, cultivos y condiciones topográficas.



pág. 5

- 3.1.1 Pivote Central

Un pivote central o lateral móvil consiste básicamente en una tubería lateral con

aspersores. La tubería lateral es soportada por tensores de acero y torres

espaciadas entre 30 y 60 m. Cada torre cuenta con un motor y va colocada sobre

dos o cuatro grandes ruedas de goma. El conjunto de tubería, tensores y

aspersores entre dos torres se llama tramo. En cada torre hay acoples flexibles

que conectan las tuberías de dos tramos adyacentes. El largo máximo de los

tramos es función del tamaño de la tubería, su espesor, pendiente y topografía del

terreno. El largo de los tramos no tienen por qué ser uniformes y generalmente

varía para adecuarse a las dimensiones del campo o para ajustar la altura de los

aspersores en terrenos ondulados. El voladizo es una tubería de menor diámetro,

con aspersores, que es suspendida por cables al final de la última torre paraaumentar el área regada. Sus cañones y sistemas de esquinas pueden ser

colocados al final del equipo para aumentar el radio mojado o regar en las

esquinas. La longitud más común de los pivotes es 400 m y su vida útil es de 15 a

20 años (Hamil et al , 2001). En la Figura 1; se observa un sistema de riego de

pivote central en campo.

Figura 1. Sistema de riego pivote central en campo (Valley, 2006).



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- 3.1.2 Lateral de avance fron tal

La estructura es similar a la del pivote, con la diferencia que la torre de mando se

mueve con el resto del equipo. La superficie de riego es rectangular e idealmente

el recorrido del equipo debe ser dos o tres veces la longitud del lateral, puesto que

de ser menores, los costos por unidad de superficie aumentan. Por otra parte, solo

se recomiendan superficies más largas si se usan dos o más cultivos con

diferencia de periodo crítico de humedad. Estos equipos se abastecen de agua a

lo largo de todo el recorrido del lateral.

Se trata de una tubería con aspersores o toberas (emisores de riego), formada por

tramos semejante a los de un pivote, sustentados sobre torres automotrices, que

se desplazan paralelas a sí misma mientras riega. Puede estar formado por dos

laterales, uno a cada lado de la línea del suministro de agua, o por uno solo. La

longitud de cada uno de los laterales suele variar entre 200 y 500 m, aunque en

caso de un solo lateral éste puede llegar a 600 m (Hamil, 2008). En la Figura 2; se

muestra un sistema de riego de avance frontal en campo.

Figura 2. Sistema de avance frontal en campo (Valley, 2006).



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- La toma de agua

Al tratarse de una toma de agua móvil se dispone básicamente de dos soluciones:

a) Toma de canal a nivel

Toma de agua de un canal construido a lo largo de la dirección de avance de la

máquina y que puede actuar, a su vez, como balsa reguladora. Esta es la solución

que se adopta en aquellas parcelas prácticamente llanas, que permiten la

construcción de éste canal, siempre que la superficie que se va a regar sea lo

suficientemente grande como para hacer rentable la construcción de dicho canal.

Un ejemplo de una toma de canal a nivel se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Avance frontal con toma de canal a nivel (Valley, 2006).

b) Toma de hidrante

Toma de agua a través de una manguera de polietileno, rígida o flexible que estáconectada en un hidrante de la tubería principal, que es arrastrada por la unidad

central. Para esto, únicamente es necesario espaciar los hidrantes en la tubería

principal una distancia doble de la longitud de la manguera o mangueras

diseñadas.



pág. 8

Las ventajas del lateral de avance frontal sobre el pivote son (Hamil, 2008):

- La pluviometría, o agua entregada, no varía a lo largo del lateral y es

levemente superior a la mitad de la pluviometría del extremo del pivote, lo

que facilita la utilización de equipos de menor presión.

- Para un mismo caudal, tiene menos pérdidas de carga que el pivote, lo que

lo hace hidráulicamente más eficiente.

- Se adapta a parcelas cuadradas o rectangulares, que son más frecuentes y

facilitan la mecanización. Se recomienda que la longitud de las parcelas sea

de 1000 a 1600 metros, como mínimo, para asegurar la rentabilidad del

sistema.

Los inconvenientes del lateral de avance frontal respecto al pivote son:

- Difícil instalación y funcionamiento por tener toma de agua y corrientes

móviles (corrientes que se generan si la toma de agua es por canal).

- El manejo del riego es complejo dado que no se comienza a regar por

donde se hizo el riego anteriormente, que es donde el suelo estará másseco. Esto puede obligar a variar la velocidad de avance del equipo.

Conociendo algunas características del sistema de avance frontal se ha elegido

como la opción para integrar los elementos que lo harán un sistema de riego de

precisión. De acuerdo a las ventajas de éste sistema respecto a otros sistemas de

riego como lo son:

La fácil operación

Su adaptación a las características del terreno

Alta eficiencia

Economía del agua



pág. 9

Posibilidad de regular la intensidad de la precipitación al tipo de suelo

La superficie de riego que es capaz de cubrir por las dimensiones que

tienen sus ramales (alas de riego) de riego

Al igual que para otros métodos de riego, la decisión de instalar equipos de este

tipo, requiere tener claridad respecto de sus características técnicas, condiciones

edafoclimáticas y requerimientos hídricos (cantidad de agua que se requiere en

una especie vegetal para su proceso de desarrollo vegetativo) de los cultivos que

serán entregados durante el riego, es fundamental conocer la cantidad y calidad

de agua disponible, para asegurar el buen funcionamiento de los equipos (Hamil,

2008).

Son muy importantes los supuestos que se hagan, en especial, los relacionados

con la productividad esperada tras la incorporación de riego tecnificado, puesto

que los efectos no son los mismos para diferentes condiciones de suelo o clima.

Esto quiere decir que, si se tiene un suelo de mala calidad (problemas

topográficos, baja capacidad de retención de humedad, poca profundidad) y que

sometido a condiciones de riego normal producen bajos rendimientos, al tecnificar

se logra aumento productivo importante. Esto, producto de la mejor disponibilidad

de agua para la planta, de manera que la evaluación económica estará en

condiciones de arrojar una buena rentabilidad indicando que resulta conveniente

invertir en riego tecnificado. Siempre tomando en cuenta si las condiciones

edáficas del suelo lo permiten ya que si estas son deficientes el cambio de sistema

de riego no será de gran utilidad.

En el análisis económico, se debe considerar la probable superficie de riego que

se logra con el agua disponible, en especial cuando esta es escasa, cuando ello

ocurre, cobra gran importancia la eficiencia de aplicación del método de riego a

utilizar. Así, con equipos de alta eficiencia es posible aumentar la superficie

regada, motivándose la inversión en ellos cuando el agua escasea y minimizando

el interés en estos cuando existe en abundancia (Hamil, 2008).



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En la Figura 4; se observa que la extensión del terreno es considerable y a medida

en la que el sistema de avance frontal avanza realizando el riego, este lo realiza

de manera uniforme, sin tomar en cuenta que en una superficie de esta extensión

se pueden encontrar diferentes zonas definidas por el tipo de suelo, las cuales

tienen características diferentes que las contrasta de las demás, los

requerimientos de cada zona son diferentes debido a la composición del suelo, la

humedad no es la misma, ese es el problema a resolver del riego de precisión y

con éste proyecto realizar la propuesta de un sistema de riego de precisión

integrando los elementos que son necesarios a una máquina de avance frontal.

Figura 4. Sistema de avance frontal en campo.



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4. RIEGO DE PRECISIÓN

La Variabilidad Espacial en la producción agrícola se produce como consecuencia

de las variaciones en la estructura física y fertilidad del suelo. Se argumenta que

ésta variabilidad puede ser manejada si en un terreno se delimitan áreas

homogéneas para su gestión individual a través de un Riego de Precisión.

4.1 ¿Qué es el riego de precisión?

El Riego aspira a ser y debe ser una actividad de precisión en la que participen

tanto la valoración precisa de los requerimientos del riego y la aplicación precisa

de este en el momento requerido por el cultivo. El riego de precisión debe

satisfacer las necesidades del cultivo de una manera oportuna y eficiente y así

lograr una posible uniformidad espacial. Para lograr esto, la precisión es necesariaen la programación del riego y, en particular en la estimación de cuánta agua

aplicar, ya que se requiere en:

- el control de las aplicaciones de riego de modo que sólo la cantidad

necesaria de agua por aplicar sea aplicada, es decir, de alta eficiencia

volumétrica, y

- el diseño de las aplicaciones para que cada planta o zona del campo

reciban la misma cantidad de agua, es decir, aplicaciones espacialmente

uniformes.

El desarrollo histórico del riego sugiere que la mejora en la aplicación de este ha

evolucionado en paralelo con el surgimiento de mejores tecnologías, y ha tenido

que pasar por ciertas etapas como lo son (Smith et al., 2010):

1. Riego (la práctica pasada) - simplemente la aplicación de agua a los cultivos.

2. Riego preciso (el objetivo actual) - garantizar la aplicación eficaz y uniforme de

agua para satisfacer las necesidades hídricas del cultivo en cada zona del terreno

teniendo en cuenta la variabilidad espacial del suelo.



pág. 12

3. Prescripción de riego (la dirección futura) - la solicitud exacta, precisa y,

posiblemente la aplicación de agua para satisfacer las necesidades específicas de

cada planta teniendo en cuenta la variabilidad espacial de la superficie cultivada.

El concepto de sistema de riego de precisión difiere del significado tradicional deriego de precisión, es decir: Aplicar cantidades precisas de agua a los cultivos, o la

aplicación de agua en los lugares precisos (por ejemplo, dentro del perfil del

suelo). Éste significado tradicional connota una cantidad exacta de agua que se

aplica en el momento correcto, pero de manera uniforme en el campo (Smith et al.,

2010).

Sin embargo el Riego de Precisión se define en el marco de los principios de la

Agricultura de Precisión como: Un sistema de riego que utiliza un enfoque desistemas para lograr "el riego diferenciado" tratamiento de la variación del campo

(espacial y temporal) en comparación con el “riego uniforme" que subyace a los

sistemas de gestión tradicional enfocándose en sub-áreas del campo (Smith et al.,

2010).

Un gran número de términos se utilizan en toda la literatura para el riego de

precisión como: El riego de Tasa variable (espacial variable), Prescripción de

riego, Riego por Sitio-específico.

Riego de aplicación de Tasa variable

El riego de aplicación de dosis variable es el término para describir a aquellos

sistemas que son capaces de entregar diferentes tasas de agua en diferentes

áreas del campo. La noción de variabilidad espacial se basa en la hipótesis de que

la siembra no es uniforme y las necesidades de agua son igualmente no

uniformes, probablemente como resultado de diferencias en las condiciones de lazona radicular o composición física del suelo. También supone que el rendimiento

será máximo si cada planta se abastece de agua que satisfaga exactamente sus

necesidades individuales (Smith y Raine, 2000).



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La Prescripción de Riego

Prescripción de riego requiere la identificación del momento del riego y del

volumen necesario por aplicar, ya que reconoce el agua de riego como una

variable de entrada importante en el proceso de producción. También destaca laimportancia de la interacción entre las prácticas de gestión del riego, las

condiciones ambientales, las demandas de los cultivos y otras variables de

entrada.

Esto implica que el operador tiene acceso a los datos e información detallada

sobre la respuesta del cultivo, suelo, clima, medio ambiente y otros insumos de

producción ya que no hay un conocimiento adecuado sobre la interacción de estas

variables y los gastos económicos de insumos. La prescripción de riego se utilizapara maximizar el valor de las variables de entradas de los cultivos y reducir al

mínimo el desperdicio y los impactos ambientales, esto requiere una visión

holística de la gestión del riego que incluye todos los factores mencionados para

hacer del riego una actividad precisa (Smith y Raine, 2000).

Riego por Sitio especifico

El término de riego por sitio específico (también conocido como riego de precisiónvariable) se refiere a la práctica intencionada de la aplicación de diferentes

cantidades de agua a zonas diferentes de un campo para optimizar la producción

del cultivo, minimizar químicos y uso de agua, para reducir cambios ambientales.

Aunque el riego por sitio-especifico puede ser aplicado por varios tipos de

sistemas de riego presurizado, la aplicación potencial es en máquinas de riego

que se encuentra en movimiento continuo tales como: Avance Frontal y Pivote

Central (Kincaid y Buchleiter, 2004).

Una revisión de la literatura de Riego de Precisión trae como resultado una serie

de definiciones, entre ellas se encuentran:



pág. 14

La aplicación exacta y precisa de agua para satisfacer las necesidades específicas

de los distintos cultivos o unidades de gestión y reducir al mínimo el impacto

ambiental adverso (Raine et al., 2007).

La aplicación de agua a un sitio determinado en un volumen y en el momento

adecuado para una óptima producción (Camp et al., 2006).

La aplicación de agua en el lugar adecuado con la cantidad correcta (Al-

Karadsheh et al., 2002).

El manejo del riego (profundidad, tiempo) sobre la superficie de los cultivos de

acuerdo a las necesidad de las sub-áreas de un campo conocidas como zonas de

manejo (King et al., 2006).

Estas son algunas características que definen al Riego de precisión (Smith et al.,

2010):

El Riego de precisión consiste en la gestión óptima de los componentes

espaciales y temporales de agua y riego.

El Riego de precisión es holística. Se debe combinar a la perfección el

funcionamiento óptimo del sistema de aplicación con: el cultivo, el agua y la

gestión de soluto.

El Riego de precisión no es una tecnología específica. Es una forma de pensar,

un enfoque de sistemas. Donde el rendimiento de los cultivos está optimizado

mediante la recopilación sistemática y el tratamiento de la información sobre el

cultivo y el campo. Una gama de la gestión del riego y tecnología de aplicación,

percepción, modelos y tecnologías de control son adecuados para uso en un

sistema de riego de precisión.



pág. 15

El Riego de precisión se aplica a todos los métodos de riego y cultivos en

escalas espaciales y temporales.

Objetivos específicos necesitan ser determinados. Los sistemas de riego de

precisión tienen el potencial de alterar fundamentalmente la toma de decisiones y

el beneficio de alcanzar simultáneamente los múltiples objetivos de: mejora de la

eficiencia del uso de insumos, reducir los impactos ambientales, aumentar las

ganancias agrícolas y la calidad del producto.

Sin embargo no hay un concepto bien definido para riego de precisión, en la

actualidad el manejo espacial variable para una superficie cultivada se ha basado

solamente en la búsqueda de desarrollar nuevas tecnologías que aporten la

cantidad necesaria de agua en tiempo real a la planta, tomando en cuenta las

diferentes zonas encontradas en la superficie de cultivo (Smith y Ballie, 2009).

Debe reconocerse que un sistema de riego de precisión ideal utiliza en la gestión

del riego tecnología avanzada en combinación con sofisticados modelos de

detección, y tecnologías de control para lograr el mejor rendimiento posible.

La clave para que un sistema de riego de precisión tenga éxito será la definición

de objetivos específicos del espacio a regar, que pueden incluir:

• Ahorro de agua y la reducción de costes mediante la aplicación de la cantidad

de riego óptima;

• Reducir al mínimo el impacto ambiental adverso, y una mejor gestión de los

recursos;

• Optimizar el valor económico del agua aplicada a través del riego;

• Optimización de la producción de cultivos (cantidad de rendimiento y / o calidad).



pág. 16

4.2 Etapas del riego de precisión.

El Riego de Precisión se puede representar como un enfoque de gestión definido

por el ciclo de la agricultura de precisión. Hay cuatro pasos esenciales en el

proceso y las tecnologías necesarias son: (i) La adquisición de datos, (ii) La

interpretación, (iii) El control y la evaluación (iv), (Smith y Ballie, 2009).

Adquisición de datos.

Un sistema de riego de precisión requiere de una evidencia significativa de la

variabilidad espacial y/o temporal de las condiciones del suelo y de los cultivos

dentro de un campo, además de la capacidad de identificar y cuantificar dichavariabilidad.

Existen tecnologías disponibles para medir en continuo las diversas componentes

del suelo (basados en el monitoreo del suelo, clima y de la planta.) varios en

tiempo real, para proporcionar información precisa y / o de control en tiempo

oportuno para aplicaciones de riego.

Interpretación

Los datos tienen que ser recogidos, interpretados y analizados a una escala

adecuada de frecuencia en tiempo real para la toma de decisiones. El limitado

desarrollo de estos sistemas de apoyo de control y de toma de decisiones precisas

ha sido identificado como un gran obstáculo para la adopción de la agricultura de

precisión.

Control

La aplicación de agua a diferentes profundidades sobre un campo dependerá de la

naturaleza del sistema de riego, pero se puede lograr de dos maneras es decir:

mediante la variación de la tasa de aplicación o variando el tiempo de aplicación.



pág. 17

El uso de controladores automáticos con datos en tiempo real a partir del

monitoreo con sensores, debe proporcionar medios más fiables y exactos para

controlar las aplicaciones de riego.

Evaluación

La Evaluación es un paso importante en el proceso de riego de precisión. Las

labores de ingeniería, agronómicas y económicas del sistema de riego son

esenciales para proporcionar retroalimentación y mejorar para el próximo ciclo la

eficiencia del sistema.

De todos los Sistemas de riego, las máquinas como Pivote central y Avance frontal

ofrecen el mayor potencial para aplicaciones uniformes. Aunque máquinas de

generación actual aportan una alta uniformidad en las aplicaciones empleando

tubo de caída (bajantes) y emisores rotadores.

Estas máquinas han sido estudiadas (Khalilian et al., 2005; Al-Kufaishini et al.,

2005; Evans et al., 2006) en búsqueda de un mejor manejo del riego que hasta la

fecha han mostrado buenos resultados, incorporando elementos como: Sensores

de humedad, Receptores GPS, Válvulas Solenoide, controladores y estaciones

inalámbricas en tierra, que desde una base central (ubicada en los límites del

terreno de trabajo) se controla el funcionamiento del sistema por medio de

software especiales.



pág. 18

En la Figura 5; se observa el esquema de los elementos que integran un sistema

de avance frontal para la aplicación de riego de precisión, que se describen

detalladamente en el contenido de ésta investigación.

GPS

Electroválvulas

Controlador electrónico

Sist. Avance frontal

Sensor

Unidad de control

Figura 5. Elementos de un sistema de riego de precisión.



pág. 19

5. HUMEDAD DEL SUELO

Para el riego de precisión el monitorear el contenido de agua en el suelo es

esencial para ayudar a los agricultores, ya que, esta actividad puede contribuir a

tomar mejores decisiones en la programación del riego, tales como el determinar

la cantidad de agua a aplicar y en qué momento aplicarla. Así mismo puede

ayudar a igualar los requerimientos de agua del cultivo con la cantidad aplicada

con el riego y evitar pérdidas excesivas por percolación, por escurrimientos o bien

aplicar una cantidad insuficiente.

El exceso de irrigación puede incrementar el consumo de energía y los costos de

agua, aumentar el movimiento de fertilizantes por debajo de la zona radicular,

producir erosión y transporte de suelo y partículas de químicos a los canales dedrenaje. Mientras que por su parte el riego insuficiente puede reducir la producción

de los cultivos (Encino et al., 2007).

Indiscutiblemente, la máxima cantidad de agua que se debe proporcionar a un

suelo será aquella que pueda ser retenida por él, más sería desperdicio, así

mismo la cantidad de agua que debe existir será la que pueda ser aprovechada

por las plantas hasta el momento en que éstas se marchiten.

Estos conceptos definen dos limites, entre los cuales se encuentra la humedad

aprovechable para las plantas, que en cada suelo tienen un valor más o menos

constante razón por la cual a estos límites se les conoce como constates o

parámetros de humedad de suelo (Vivas et al., 2004). Siendo estas muy

importantes desde el punto de vista del riego de precisión. Y que a continuación se

describen.

5.1 PARAMETROS DE HUMEDAD DEL SUELO

5.1.1 El agua disp onible en el su elo para la planta

El agua disponible en el suelo para la planta es el contenido de agua retenido

entre la capacidad de campo (CC) y el punto de marchitamiento permanente

(PMP). Este depende de factores del suelo tales como la textura, densidad

aparente y estructura (Encino et al., 2007).



pág. 20

Es expresada en término de humedad aprovechable en la zona radicular como:

En la cual HA es la humedad aprovechable (%), CC capacidad de campo (%) y

PMP punto de marchitamiento permanente (%).

5.1.2 La capacidad de campo

Cuando el exceso de agua se ha eliminado, principalmente por percolación, se

dice que el suelo está a capacidad de campo, o sea, que posee una cantidad

máxima de almacenamiento de humedad útil para las plantas. En un suelo bien

drenado, este nivel se alcanza entre uno y dos días después de una lluvia o riego

pesado (intenso) (Diaporama, 2010).

A capacidad de campo CC , el agua queda retenida en los capilares o espacios

que existen entre las partículas del suelo y en esas condiciones es absorbida por

las plantas con mayor facilidad, dicha capacidad es mayor en los suelos arcillosos

que en los arenosos.

En un suelo a capacidad de campo (o límite superior de almacenamiento de agua

en el suelo), el agua está retenida con un potencial de energía o fuerza,

equivalente a un tercio de atmósfera o bar (1 bar= 1 atmósfera = 10 m columna deagua). A 0,3 atmósferas un suelo arenoso retiene poco más de un 5% de

humedad, mientras que un suelo arcilloso puede alcanzar una humedad cercana

del 50% (Diaporama, 2010). Esto debido a la porosidad ya que en suelos

arenosos la porosidad total es baja comparada con un suelo arcilloso, aún más

pequeño es el porcentaje de micro y meso poros, los cuales son responsables de

la retención de humedad ya sea a capacidad de campo o punto de marchitamiento

permanente (Chávez, 2006).

Cabe señalar que un suelo a capacidad de campo es la condición de humedad

más adecuada para el desarrollo de las plantas. En el cuadro 1 se señalan los

valores típicos de contenido de humedad correspondiente al nivel característico de

la CC para diferentes tipos de suelo.



pág. 21

Cuadro1. Valores representativos de las propiedades físicas de varios tipos de

suelo.

Textura

del

suelo

Densidad

Aparente

Da

Capacidad

de

campo

(%)

CC

Punto de

Marchitez

Permanente

(%)

PMP

Arenosa 1.65

(1.55-1.80)

8

(6-12)

4

(2-6)

Franco arenosa 1.50

(1.40-1.60)

14

(10-18)

6

(4-8)

Franco 1.40(1.35-1.50)

22(18-26)

10(8-12)

Franco arcillosa 1.35

(1.30-1.40)

27

(23-31)

13

(11-15)

Arcillo limosa 1.30

(1.25-1.35)

31

(27-35)

15

(13-17)

Arcillosa 1.25

(1.20-1.30)

35

(31-39)

17

(15-19)

Fuente: (Colque, 1982)

5.1.3 El punto d e marchi tez permanente

A medida que el contenido de humedad en el suelo disminuye, para las plantas es

cada vez más difícil absorberla para recobrar su turgencia, llegando a un nivel en

que si no reciben agua adicional, se ponen mustias (marchitas) y ya no pueden

recuperarse. Dicho nivel se denomina punto de marchitez permanente, el cual no

debe esperarse para dar un nuevo riego (Diaporama, 2010).



pág. 22

Cuando el suelo está en el punto de marchitez permanente (o límite inferior de

agua útil en el suelo), el agua está retenida a una tensión equivalente a 15

atmósferas o bares, por lo cual a la planta le cuesta mucho absorberla y se

marchita, y muere si no se le provee de agua oportunamente. Un suelo arenoso en

el punto de marchitez permanente puede contener menos de un 5% de humedad,

en cambio uno arcilloso un 30% o más debido a la porosidad del suelo.

5.1.4 Cont enid o gravimétric o d e agu a

Contenido gravimétrico de agua es una medida directa de la humedad del suelo, y

es el método estándar para calibrar otras técnicas para determinar el contenido del

agua en el suelo (Encino et al., 2007). Este contenido de humedad puede

determinarse mediante la técnica de secado del suelo en el horno, que es

probablemente la más utilizada de todos los métodos gravimétricos para medir el

contenido de agua del suelo. Esta técnica consiste en tomar muestra del suelo con

una barrena, la muestra se coloca en un recipiente y se pesa: posteriormente se

seca en un horno a 105°C hasta que se obtiene un peso constante (normalmente

después de 24 hrs), después se vuelve a pesar. El contenido gravimétrico de agua

es la cantidad de agua en la muestra por porcentaje de peso seco del suelo y se

calcula de la siguiente manera expresada en porciento (Encino et al., 2007):

Humedad gravimétrica (hg). Es el peso de suelo seco ocupado por el agua. Por

ejemplo, si en una muestra de suelo humedecido, 14 grs. son de agua y 65 grs.

son de suelo, la humedad gravimétrica será el resultado de dividir 14 entre 65 y

multiplicar por 100, es decir, el 21,5 % es el porcentaje de peso de suelo ocupado

por agua (Chávez, 2006).



pág. 23

5.1.5 La d ensidad aparente

La densidad aparente es el peso del suelo seco por unidad de volumen de suelo.

Esta propiedad está relacionada con la porosidad (espacio poroso) y la

compactación, y se utiliza para calcular el contenido volumétrico de agua del

contenido gravimétrico de agua. Generalmente este parámetro se expresa en

gramos por centímetro cubico de suelo (Chávez, 2006), de acuerdo a:

5.1.6 El c on tenido volumétrico de agu a del s uelo

El contenido volumétrico de agua del suelo es comúnmente utilizado para

expresar el contenido de agua en el suelo, que generalmente se mide en metroscúbicos de agua sobre metros cúbicos de suelo (m3/m3 [%]). Este método obtiene

la densidad aparente del suelo por el contenido gravimétrico del agua:

El contenido volumétrico del agua (PSS) puede utilizarse para calcular la lámina

de riego. Por ejemplo, si el contenido volumétrico de agua actual es de 20 por

ciento (PSS) y la capacidad de campo es de 30 por ciento (PSS), y se va llevar a

0.61 m de profundidad (profundidad máxima de desarrollo del sistema radicular de

cultivos tales como: frijol y col, cuadro 1) del suelo a capacidad de campo, la

lámina de riego requerida para llevar el suelo a la capacidad de campo se calcula

de la siguiente manera (Encino et al., 2007):

Si se desea conocer qué cantidad de agua contiene el suelo (lámina de agua) si

su contenido es de un 20 porciento, ésta se puede calcular de acuerdo a:



pág. 24

5.1.7 Intervalo de hum edad d ispo nib le y Déficit p ermit id o en el m anejo del

r iego

IHD es el comprendido entre CC y PMP. No toda esta humedad es igualmente

accesible a las plantas de aquí que para la programación de los riegos se deje

agotar únicamente una porción del IHD denominada Déficit de Manejo Permisible

(DPM), que normalmente varía entre el 30 % y 75 % del IHD. El DPM varía para

cada cultivo y dentro de cada uno de ellos, para los diferentes ciclos del cultivo. Al

contenido de agua del suelo cuando se alcanza el DPM se le suele llamar Nivel de

Agotamiento Permisible (NAP). (Tarjuelo, 2005).

Otro criterio que se utiliza frecuentemente para determinar el momento oportuno

para aplicar el riego es la tensión de la humedad del suelo. Este método es másutilizado para programar el riego en los sistemas de aspersión, micro irrigación y

goteo, los cuales permiten aplicar láminas pequeñas y muy precisas. La tensión de

la humedad del suelo se puede medir con un sensor, o un tensiómetro. La tensión

de la humedad de suelo a la que se aplica el riego variará dependiendo del tipo de

suelo y a la profundidad que se coloque el sensor de humedad. La calibración y la

experiencia que se tenga del sitio predeterminado optimizan la utilización de este

método en la programación de la irrigación.

Uno de los criterios agronómicos que se toman en cuenta para la cantidad de

agua que la planta puede disponer es, la pr of un di dad de la raíz, esta

determinará la cantidad de agua que la planta puede disponer del suelo, las

condiciones del suelo (por ejemplo, capas compactas, nivel freático superficial,

suelo seco) pueden limitar la profundidad de la raíz (Encino et al., 2007). La

“profundidad efectiva” a la cual las raíces de las plantas pueden extraer humedad

del suelo aparece en el cuadro 2.



pág. 25

Cuadro 2. Profundidad efectiva de la raíz de algunos cultivos.

Cultivos Profundidad efectiva (cm)

Cebolla, lechuga 30Pastos, papas, frijol, col, espinaca, fresa 60

Maíz dulce, betabel, chícharo, calabaza,

Zanahoria, chiles

90

Remolacha azucarera, camote, algodón,

Cítricos, frijol, lima, alcachofa

120

Melón, lino, maíz 150

Alfalfa, espárragos, frutales, vid, lúpulo,

Zacate sudán, sorgo, jitomate

180

Fuente: (Ortiz y Ortiz, 1980).

De esta manera al conocer las <<constantes >> de humedad del suelo se puede

planear un riego en base a la siguiente fórmula (León, 2006):

Donde:

Pcc= Capacidad de campo (%);

Ppmp= Marchitamiento permanente (%);

Lr= Lámina de riego (cm);

Pr= Profundidad de las raíces (cm);

Da= Densidad aparente (g/cm3) del suelo;



pág. 26

5.2 MEDICIÓN DE AGUA EN EL SUELO POR SENSORES

Los métodos utilizados para medir el agua en el suelo se clasifican como directos

e indirectos (Encino et al., 2007). Esta sección describe algunos métodos

indirectos utilizados para medir la humedad del suelo.

Para obtener una lectura más precisa de la humedad del suelo, es importante

poner varios sensores en el terreno, especialmente si tiene diferentes tipos de

suelo. Idealmente deben instalarse sensores para cada zona específica que

influya en el área irrigada. Pero esto es generalmente demasiado costoso,

entonces la elección de zonas representativas determinadas por el agricultor es

verdaderamente un factor importante.

Estos sensores se entierran a diferentes profundidades, según sea el tipo decultivo (a la profundidad efectiva de la raíz), con el fin de evaluar el movimiento y

la extracción de humedad en el perfil de suelo a lo largo de la temporada del

cultivo (Encino et al., 2007).

5.3 TIPOS DE SENSORES

En el mercado se pueden encontrar un gran número de sensores que son útiles

para determinar el contenido de humedad en un suelo, pero solo algunos son

considerados aptos para su uso en el riego de precisión. En este capítulo se

describen estos tipos de sensores y su principio de funcionamiento además de sus

ventajas y desventajas que puedan tener cada uno, los cuales son:

5.3.1 Bloqu es de yeso

Los bloques de yeso responden a los cambios de humedad del suelo de acuerdo a

la profundidad en que estos son colocados, al medir la resistencia eléctrica entre

dos círculos de malla de alambre que están conectados por un material poroso.

Aunque la resistencia se mide en ohms, el medidor portátil convierte

automáticamente la lectura en centibars (1 bar=100 centibars). La resistencia

eléctrica aumenta a medida que se incrementa la succión de agua en el suelo, o a

medida que disminuye la humedad del suelo (Encino et al.2007 ). En la Figura 6 ;

se muestra el ejemplo de un sensor de bloques de yeso.



pág. 27

Figura 6. Sensor bloques de yeso (Charlesworth, 2005).

Posibles limitaciones

- Bloques de yeso son insensibles a los cambios de tensión en el suelo

húmedo (< 30 kPa).

- La Medida de la tensión de agua del suelo es buen indicador de cuándo,

pero no cuanto regar.

- Los bloques se disuelven con el tiempo.

- No funcionan bien en suelos arenosos, donde la humedad se drena con

más rapidez que el tiempo necesario para que el sensor se calibre.

Posibles ventajas

- Método simple y barato.

- Capaz de leer a muy bajas tensiones (~ 1000 kPa). Por lo tanto bueno para

suelo seco y de riego controlado.

- Medidas de tensión de agua del suelo, que es más significativo desde un

punto de vista para el estrés de la planta.

- No se ve afectado por la salinidad < 3 dS / m (solución de agua del suelo).

5.3.2 Matriz gran ular

Los sensores de matriz granular son adaptaciones de los sensores de bloques de

yeso en los que se emplean materiales alternativos. Estos materiales no se

degradan en el suelo, tienen vida útil considerablemente mayor que los bloques de



pág. 28

yeso, y su efectividad aumenta a matriciales mayores (menos negativos)

queriendo decir que los sensores de potencial matricial localizados a mayor

profundidad presentan normalmente valores más bajos (más negativos) en un

cultivo bien regado (Encino et al., 2007). En la Figura 7; se muestra el ejemplo de

un sensor de matriz granular.

Figura 7. Sensor de matriz granular (Encino et al., 2005).

Los sensores de matriz granular utilizan para su funcionamiento el principio de la

resistencia eléctrica variable. Los electrodos del sensor están empotrados en un

relleno granular y situado debajo de una placa de yeso. Encima de la placa se

encuentra más material matricial granular envuelta por un tubo de malla quepermite la entrada y salida del agua (Shock et al., 2006).

Disuelto en agua el yeso es un conductor de electricidad bastante eficaz. Por eso

cuando el sensor contiene mucha agua, la corriente eléctrica fluye bien, cuando

hay mucha agua en el suelo, también hay mucha agua en el sensor, mientras va

secándose el suelo, el sensor también se seca. Y la resistencia al flujo de

electricidad aumenta (Shock et al., 2006).

La resistencia al flujo de electricidad (expresada en Ohms) y la temperatura del

suelo se utilizan para calcular de forma aproximada la tensión de humedad en el

suelo en centibars (cb).



pág. 29


- La Medida de la tensión de agua del suelo es buen indicador de cuándo,

pero no cuanto regar.

- No funcionan bien en suelos arenosos, donde drena la humedad más

rápido antes que el sensor se equilibre.

- Si se seca demasiado el sensor debe ser removido y mojado otra vez.

Posibles ventajas

- Método simple y de bajo costo.

- Capaz de leer a una amplia gama de tensiones de agua de suelo (10 a 200

kPa.) por lo que es bueno para el rango de los suelos y las estrategias de

gestión del riego.- La medida de tensión de agua del suelo, es un indicador más relevante

para determinar el estrés de la planta, y no de la humedad en el suelo.

- Su desempeño no se ve afectado por efectos de la salinidad.

5.3.3 Senso res que m iden la con stan te dieléctr ica del su elo.

Estos sensores miden los cambios en la constante dieléctrica del suelo con un

capacitor que consta de dos placas de un material conductor que están separadas

por una distancia corta. Se aplica un voltaje en un extremo de la placa y el material

que está entre las dos placas almacena cierto voltaje. Un medidor lee el voltaje

conducido entre las placas.

Los sensores que miden la constante dieléctrica del suelo son la tecnología del

momento. Se basan en que la constante dieléctrica del suelo experimenta cambios

importantes con la introducción de agua en el terreno.

Cuando el material entre las placas es aire, el capacitor mide 1 (constantedieléctrica del aire). La mayoría de los materiales del suelo, tales como la arena,

arcilla y material orgánico poseen una constante dieléctrica de 2 a 4. El agua tiene

la constante dieléctrica más alta, que es de 78 (Encino et al., 2007). Por lo tanto,

los contenidos más altos de agua en un sensor de capacitancia serían indicados

por constantes dieléctricas con medidas más altas. Como consecuencia, al medir



pág. 30

los cambios en una constante dieléctrica, el contenido de agua se mide

directamente.

Existen distintos equipos que permiten medir la constante dieléctrica. Entre los

más utilizados se destacan los capacitivos y los de tecnología TDR (Time DomainReflectometry ) y FDR (Frequency Domain Reflectometry). (Shumagurensky y

Capraro, 2008).

Tipos:

- Capaci t ivos

Consisten en un oscilador controlado por la capacidad equivalente que presentan

los electrodos introducidos en el medio a medir. La frecuencia del oscilador seráproporcional al contenido de agua del suelo. El principal inconveniente que puede

presentar este tipo de dispositivos es la estabilidad del oscilador frente a cambios

de temperatura y el efecto parásito de la conductividad del suelo sobre la

frecuencia de oscilación. La principal ventaja de este tipo de sensores es su precio

moderado (Magán et al., 2001).

- Equipos TDR

El funcionamiento de las sondas TDR (Reflectometría en el dominio del tiempo).

Se basa en la relación que hay entre la velocidad de propagación de una onda

electromagnética y la constante dieléctrica del medio. Para ello se excita la sonda

mediante un pulso de corta duración y se mide el tiempo transcurrido hasta que se

recibe el eco de la onda reflejada en el extremo final de la sonda. Conociendo la

longitud real de la sonda se puede calcular la velocidad de propagación (Magán et

al., 2001). El principal inconveniente de esta técnica es la necesidad de resolver

tiempos extremadamente cortos (aumentar la velocidad de respuesta del

dispositivo) lo cual encarece la electrónica del aparato. Además su uso está

restringido a suelos de baja conductividad eléctrica ya que en suelos con un alto

contenido salino la atenuación de la señal es tal que apenas puede distinguirse el

pulso reflejado. Esto obliga al uso de sondas excesivamente cortas donde la



pág. 31

resolución temporal se hace inalcanzable. Por último, las sondas deben tener una

longitud mínima que permita resolver (aumentar la velocidad de respuesta del

dispositivo) con suficiente precisión los intervalos de tiempo de tránsito, obligando

a volúmenes de sonda excesivamente grandes para determinadas aplicaciones

(Magán et al., 2001). En la Figura 8 ; se muestra un sensor del tipo TDR de la

marca Campbell.

Figura 8. Sensor TDR de la marca Campbell (Charlesworth, 2005).


- La entrada de humedad a las conexiones guías de la sonda enterrada

puede llevar a variaciones en la medición del parámetro.

- Relativamente pesado e incomodo cuando se utiliza como una unidad

portátil en algunos casos.

- Guía de onda con analizador de distancia limitada a 35 m de la unidad.

- Alto costo.

Posibles ventajas.

- Posibilidad de Almacenamiento de datos monitoreados en memoria interna.

- Salida del parámetro de medida en tiempo real.

- Pequeños y ligeros.

- Muy precisos.



pág. 32

- Equipos FDR

El método FDR (Reflectometría en el Dominio de la Frecuencia) se basa en la

relación existente entre el contenido volumétrico de humedad y la constante

dieléctrica aparente del medio. Dicha constante se determina a partir del tiempo detránsito de una señal electromagnética a lo largo de una sonda metálica

introducida en el suelo (Ferre y Topp, 2002).

Este tipo de sondas permiten la obtención de un registro de datos en continuo a lo

largo de todo el perfil del suelo, ofreciendo medidas más o menos precisas pero

que necesitan de una calibración previa en suelos arcillosos o con altos

contenidos en materia orgánica (Ferre y Topp, 2002). Las sondas cuentan con

sensores que pueden distribuirse a lo largo de un metro de profundidad,permitiendo de este modo obtener datos a diferentes niveles. En la Figura 9; se

muestra un ejemplo de este tipo de sensores.

Figura 9. Sensor FDR (Charlesworth, 2005).


- Habilidad necesaria para interpretar los resultados.

- Computadora y software necesario.

- Si se utiliza en cultivos anuales, el cableado y los tubos puede ser

necesario retirar después de la cosecha.



pág. 33

Posibles ventajas

- Repetibles mediciones.

- La operación automática reduce el trabajo requerido.

- De grabación continua.- Tasa de infiltración, la actividad de la raíz y el uso de agua del cultivo puede

ser deducido.

- Buena adaptación a las plantaciones permanentes.

- Puede mostrar las tendencias en el agua del suelo y la salinidad, así como

los riegos y las lluvias en la pantalla de un ordenador.

- Muy precisos.

- Pequeños y ligeros.

5.3.4 Sondas de neutrones

La sonda de dispersión de neutrones es una técnica eficaz para medir el contenido

total de agua en el suelo por volumen. Este aparato estima la cantidad de agua en

volumen de suelo al calcular la cantidad de hidrógeno presente.

Las sondas de neutrones consisten en una unidad hecha de una fuente de

neutrones rápida y de alta energía (fuente de radioactividad encapsulada) y de un

detector. Esta sonda se introduce en un tubo de PVC o aluminio a la profundidaddeseada con la ayuda de sujetadores unidos a un cable. Una unidad de control, la

cual permanece en la superficie.

Los neutrones rápidos, emitidos de la fuente y que pasan a través del tubo de

acceso dentro del suelo adyacente, pierden gradualmente su energía por medio

de colisiones con otros núcleos atómicos. Los neutrones chocan con el hidrógeno

del agua del suelo y pierden velocidad. Los neutrones lentos rebotan de nuevo a

un detector, creando impulso eléctrico que se registra automáticamente y

proporciona un determinado número de neutrones por período de tiempo.

Básicamente, este número de pulsos está relacionado linealmente con el

contenido volumétrico total del agua en el suelo.



pág. 34

Aunque este método tiene gran aceptación por su precisión, el alto costo del

equipo, los requerimientos de la licencia y sus altos requerimientos regulatorios

limitan su uso para investigación y para áreas donde se requiere de un amplio

muestreo. En la Figura 10; se muestra el ejemplo de este tipo de sensores.

Figura 10. Sonda de neutrones (Encino et al, 2005).


- Riesgo ante amenaza radiológica.

- El usuario y el almacenamiento requieren de licencia para su uso.

- El tiempo de respuesta depende a la profundidad que es colocado lo que

puede hacerlo un poco lento.

- Instrumento pesado, incomodo para trasladar.

Posibles ventajas

- Método preciso, prueba de medición del contenido de agua del suelo

disponible.

- Medidas de un gran volumen de suelo.

- No es afectado por las brechas de acceso de aire del tubo.- No se ve afectado por la salinidad.



pág. 35

Instalación

Los sensores se deben de colocar a diferentes profundidades en áreas

representativas del terreno con el fin de dar seguimiento al movimiento del agua

en el suelo y a su agotamiento dentro de la zona radicular. Esto permitirá

monitorear la humedad y determinar el uso del agua por el cultivo a través del

tiempo.

Ya que los sensores miden el contenido de agua cerca de su superficie, es

importante evitar las bolsas de aire y la compactación excesiva del suelo alrededor

de estos para obtener lecturas más representativas.

Los sensores deben de colocarse en un área representativa, tal como dentro de

una hilera de plantas para cultivos que se siembran en hileras o bien en áreas

mojadas bajo riego de avance frontal. La profundidad a la que se colocará el

sensor también debe ser representativa de la zona efectiva de la raíz.

Para el riego de precisión la “profundidad efectiva de las raíces” y la

“variabilidad de las propiedades hidráulicas del suelo” son criterios que

pueden utilizarse para distribuir los sensores por el terreno, por lo que se puede

determinar la humedad en varios perfiles y profundidades del suelo.

Los sensores deben instalarse mojados, para mejorar la respuesta de estos al

primer riego (Tarjuelo, 2005). El uso de una bandera o una señal en cada sitio

facilitará la localización de los sensores para lecturas posteriores y protección

durante las labores culturales.

La conexión del cable de los sensores a un medidor digital provee una lectura

instantánea. Las lecturas frecuentes indican con cuanta rapidez la humedad del

suelo se agota, y por lo tanto, indican cuando es necesario el riego.

En el cuadro 3; a manera de resumen se presentan las características más

importantes, de los sensores analizados con fines para el riego de precisión.



pág. 36

Cuadro 3. Características de los sensores de humedad del suelo.

Fuente: (Charlesworth, 2005).

Bloques de yeso Matriz granular Sonda deneutrones

FDR TDR

RANGO DELECTURAS

300-1500 kPa. 10-200 kPa. 0-60 % de

SWC

0-100%

SWC

0-100%

SWC

PRECISIÓN ~1 kPa. ~1 kPa. + 0.5 %

de SWC

0.1% -0.5%

de SWC

0.5% a 2.5%

de SWC

RADIO DEMEDIDA

10 cm 10 cm ~ 15 cm 10 cm ~3 cm

LECTURA DESALIDA

(UNIDADES)kPa /m kPa /m % de

SWC.

% de

SWC.

% de

SWC.

MÉTODO DEINSTALACIÓN

Enterrado dentro

de unhueco barrenado

en el suelo

Enterrado dentro


en el suelo

Tubo deacceso

Enterrado dentro


en el suelo

Enterrado dentro


en el suelo

FUENTEDE

PODER5 V. CA 5 V. CA 12 V. CD 12 V. DC 12 V. DC

ACCESO REMOTO logger logger No Logger Logger

CONEXIÓNA OTROEQUIPO

Vía logger Vía logger No Vía Logger Vía Logger

INTERFACE A PC Descarga directa

o vía logger

Descarga directa o

vía logger

descarga

directa

Vía Logger o

medidor digital.

Vía Logger o

medidor digital.

AFECTACIÓNPOR

SALINIDADNo No No Poco Poco

ADECUADOSPARA SISTEMAS

DE RIEGOTodos Todos Todos Todos Todos

TIPOS DE SUELORECOMENDADOS Pesados Medios/Pesados Todos Todos Todos



pág. 37

6. SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO DE UNA MÁQUINA

En este capítulo se hace mención de los sistemas satelitales que pueden ser

utilizados para la ubicación terrestre de un objeto. Así como de los sistemas de

corrección satelital que permiten mejorar la precisión de los datos provenientes de

las señales satelitales, además de los aparatos receptores que pueden ser útiles

para posicionar la máquina de riego en campo.

6.1Sistemas GNSS

Se entiende por GNSS (Global Navigation Satellite System), al conjunto de

sistemas de navegación por satélite, como los son el GPS, GLONASS y el

reciente Galileo. Es decir los sistemas que son capaces de dotar en cualquier

punto y momento de posicionamiento espacial y temporal a un objeto (García,

2008).

Los sistemas de posicionamiento global por satélite permiten una gran cantidad de

aplicaciones que los hacen especialmente atractivos, en la actualidad su uso

principal es como dispositivos de navegación para vehículos terrestres, marítimos

o aéreos.

A continuación en este capítulo se hace mención de estos sistemas describiendobrevemente la estructura básica y de manera teórica cuales son las bases del

posicionamiento satelital.

6.2 Sistemas de posicionamiento satelital

- NAVSTAR-GPS (Sistema de posicionamiento global)

- GALILEO

- GLONASS (Global Navigation Satellite System)



pág. 38

6.2.1 NAVSTAR-GPS

El NAVSTAR GPS (sistema de posicionamiento global) es hasta la fecha, el único

sistema de posicionamiento global completamente operativo (García, 2008).

El segmento espacial del GPS diseñado en un principio constaba de 24 satélites

distribuidos por igual en seis planos orbitales circulares distribuidos uniformemente

con una inclinación de 55° sobre la línea del horizonte y una altitud de unos 20,200

Km. El período de cada satélite para completar una órbita es de unas doce horas,

siendo la posición la misma al cabo de un día sideral (García, 2008).

Esto garantizaba al menos cinco satélites disponibles en cualquier parte del

mundo (normalmente seis), sin embargo se han ido añadiendo satélites quemejoren las prestaciones de servicio del GPS.

En la actualidad hay un total de 30 satélites en el segmento espacial del GPS,

distribuidos no uniformemente y que garantizan unas mejores prestaciones en

cuanto a disponibilidad e integridad que la constelación de 24 (García, 2008).

Sin embargo, el estado y el funcionamiento de cada satélite varía de uno a otro, ya

que algunos operan con relojes atómicos de cesio y otros con relojes atómicos de

Rubidio.

El GPS provee de dos niveles de servicios conocidos como SPS y PPS (García,

2008):

- SPS: es el servicio disponible a nivel global para todos los usuarios de GPS

de manera gratuita. Al inicio su precisión horizontal era de unos 100 metros

y vertical de 156, debido a la disponibilidad selectiva (SA) actualmente en

desuso. - En la actualidad sin la SA la precisión depende del número de satélites

siendo entre 10 y 20 m para al menos cuatros satélites. Ya que la

desactivación de la SA disminuye considerablemente el error de

posicionamiento.



pág. 39

- PPS: es el servicio militar de alta precisión, velocidad y servicio temporal

dirigido solo a los usuarios autorizados por los EEUU. Permiten una

precisión de 2.2 m horizontal y 27 m vertical. Su uso militar excluye a los

usuarios no autorizados encriptando dicha información.

6.2.2 GALILEO

Galileo se ha planteado como un sistema que permita ser independiente a Europa

del GPS y el GLONASS, pero que sea complementario a ambos y que permita la

interoperabilidad con estos. Galileo aún no es un sistema operable para todos los

países del mundo, está en fase de prueba pero, las expectativas de este sistema

es proporcionar una precisión en tiempo real entorno a un metro y garantizar la

disponibilidad de este servicio bajo circunstancias extremas e informar a usuarios

rápidamente si falla cualquier satélite (García, 2008).

Galileo es un sistema de navegación global de Europa basado en satélites,

proporcionando un servicio de colocación global altamente exacto, garantizado

bajo control civil, que es interoperable con GPS y GLONASS.

El segmento espacial de galileo consta de una constelación de un total de 30satélites, de los cuales 3 son repuestos. Estarán situados a una altura de 23.222

km, con una inclinación de 56° sobre el ecuador, tardando 14 horas en completar

una órbita a la tierra, de tal forma que cada 24 horas se repita la constelación. Con

el cual se podrán ver al menos 4 satélites en cualquier parte del planeta con un 90

% de probabilidad, si bien en la mayor parte del planeta entre 6 y 8 satélites serán

visibles (García, 2008).



pág. 40

6.2.3 GLONASS

El sistema GLONASS (Sistema Global de Navegación por Satélite) es un sistema

de navegación por satélite similar al GPS pero con importantes diferencias. El

sistema está administrado por las fuerzas espaciales rusas para el gobierno de la

confederación rusa y tiene importantes aplicaciones civiles además de militares.

Al igual que el sistema GPS, existen dos señales de navegación: la señal de

navegación de precisión estándar (SP) y la señal de navegación de la alta

precisión (HP). La primera está disponible para todos los usuarios tanto civiles

como militares que deseen emplearla en todo el mundo, y permite obtener la

posición horizontal con una precisión de entre 57 y 70 metros (99.7% de

probabilidad), la posición vertical con una precisión de 70 metros (99.7% de

probabilidad), las componentes del vector velocidad con precisión de 15 cm/s

(99.7% de probabilidad), y el tiempo con precisión de 1s (99.7% de probabilidad).

Mientras que la señal HP permite precisiones menores de un metro (LABRAÑA,

2010).

La constelación completa está formada por 21 satélites activos y 3 de reserva

situados en tres planos orbitales separados 120°. Esto permite que sobre el 97%

de la superficie terrestre se vean al menos 4 satélites de forma continua, frente a

los 5 satélites (al menos) que pueden ser vistos en el 99% de la superficie

terrestre si la constelación es de 24 satélites. De los 24 satélites de la constelación

GLONASS, periódicamente se seleccionan a los 21 que resultan dar la

combinación más eficiente y los 3 restantes son dejados en reserva.

Cada satélite GLONASS describe una órbita circular a 19100 Km respecto a la

superficie terrestre con una inclinación de 64.8°. El período orbital es de 11 horas

y 15 min. La configuración del sistema GLONASS proporciona datos denavegación a usuarios que se encuentran incluso por encima de los 2000 Km

sobre la superficie terrestre.

A continuación en el cuadro 4; se hace la comparación de los tres sistemas

satelitales citados anteriormente.



pág. 41

Cuadro 4. Comparativa de GPS, GLONASS y GALILEO.

GPS GLONASS Galileo

Satélites 30 24(21+3 de repuesto) 30(27+3 de repuesto )

Altitud 20200 km 19100 km 23222 km

Periodo 11h 56 min. 11 h 15 min. 14 h.

Inclinación 55° 64.8° 56°

Planos 6 3 3

Satélites /plano Hasta 6 Hasta 8 (7y1

repuesto)

Hasta 10 (9 y 1

repuesto)

Comparativa de

prestaciones

GPS GLONASS Galileo

Cobertura Global Local Global Local Global Local

Precisión

Horizontal (H)

Vertical (V)

H<20 m

V<20 m

Sistema de

aumento

EGNOS

H<1 m

V<2 m

H <50 m

V<70 M

Similar al

GPS

Frecuencia

Dual:

H=4 m

V=8 m

Frecuencia

Mono.H=15 m

V= 35 m

Sistema

de

aumento

EGNOS

H<1 mV< 1 m

Disponibilidad 95 % 95-99.7% 99.7% 99.7% 99.8% 99.8%

Integridad No Si No Si No Si

Fuente (García, 2008).

Los sistemas de posicionamiento satelital están sujetos a varios errores como:

error ionosférico, error atmosférico, error de efemérides etc., que afectan la

precisión de la posición calculada por los receptores. Estos errores en conjunto

pueden estar en el rango de 10 á 25 metros, dependiendo del tipo de receptor y la

posición relativa del satélite (Reuter, 2001).



pág. 42

Es por los errores presentados en el posicionamiento satelital que son necesarias

correcciones diferenciales para minimizar la inexactitud y proporcionar precisiones

que se acerquen al metro. Estos sistemas de corrección diferencial pueden ser:

WASS (E.U), EGNOS (Europa), RTK, Antenas Beacon (Argentina) y Omnistar

(Sudamérica), que a continuación se describe brevemente la estructura básica y

de manera teórica las bases de estos sistemas.

6.3 Correcciones diferenciales satelitales.

6.3.1 WAAS

La Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos de América (FAA,

por sus siglas en inglés) ha implementado un sistema de corrección diferencial

satelital denominado WAAS (Wide Area Augmentation System), el cual estádiseñado para mejorar la capacidad de navegación basado en GPS del sector

civil. El sistema de corrección diferencial satelital es denominado “WAAS” en los

Estados Unidos de América y opera a partir de una red de estaciones de

referencia o base que proveen una extensa área de servicio. Las señales de los

satélites “GPS” son recibidas por las 15 estaciones base del sistema WAAS, las

cuales calculan su posición basado en las señales de los satélites GPS y luego la

comparan con la posición conocida de la estación, determinan sí existe un error en

posición y luego lo transmiten a una estación central en donde se realiza la

corrección diferencial y se verifica la integridad del sistema (Fallas, 2002).

El modo de operación “WAAS” provee una exactitud de aproximadamente 7

metros en posición vertical y horizontal a los receptores del sistema GPS y mejora

la disponibilidad del sistema mediante el uso de satélites de comunicación

geoestacionarios equipados con servicios de navegación.

Otras fuentes mencionan un error de + 2 metros en elevación y 3 metros en

planimetría, para los Estados Unidos de América o en un área donde existe

información sobre corrección ionosférica (Claborne, 2001).



pág. 43

6.3.2 EGNOS

El sistema EGNOS (European Geoestationary Navigation Overlay System) , surge

con el objetivo de mejorar las prestaciones de dichos sistemas satelitales (GPS Y

GLONASS), EGNOS consiste en la incorporación de un segmento de tierra (una

red de estaciones terrestres de referencia distribuidas por una amplia zona

geográfica que monitorean a los satélites GNSS) que se encarga de procesar las

señales de los satélites GPS Y GLONASS y de un segmento espacial (satélites

geoestacionarios) que se encargan de transmitir a los usuarios las correcciones

calculadas por dicho segmento de tierra. El resultado es una mejora de las

prestaciones de navegación con el objetivo de cumplir las especificaciones

impuestas por la aviación civil (Reuter, 2001).

EGNOS proporciona su servicio sobre Europa, siendo similar al sistema WASS en

Estados Unidos.

Consiste en una red de tres satélites geoestacionarios y, en una red de estaciones

terrestres encargadas de monitorizar los errores en las señales de GPS y

actualizar los mensajes de corrección enviados por EGNOS, con una precisión

inferior a los 2 m. El sistema EGNOS está compuesto por 34 RIMS (Estación

Monitora de Telemetría e Integridad) desplegadas para monitorear los satélites de

las constelaciones GNNS (Global Navigation Satellite System). (Reuter, 2001).

Las estaciones RIMS, cuya situación en tierra se conoce con exactitud, reciben las

señales del GPS y GLONASS, tratan la información y después la envían al Centro

de Control de Misiones (MCCs). Este centro se conecta a su vez con las

Estaciones de Tierra de Navegación (NLES) encargadas de reenviar a través de

un satélite geoestacionario una señal de posición adicional con toda la información

precisa para mejorar y dar así mayor seguridad a la navegación.



pág. 44

6.3.3 RTK

RTK (Real Time Kinematic) es una estación terrestre de ubicación conocida,

cercana al vehículo de operación, con un alcance de unos 15-17 Km. La ventaja

es que sirve como base de ajustes a múltiples vehículos.

Principio de funcionamiento RTK:

Los equipos GPS móviles RTK reciben datos RTK desde una estación de

referencia. La estación de referencia puede ser permanente (por ejemplo en una

Oficina) o se puede estacionar temporalmente en el campo. En ambos casos el

principio es el mismo (John Deere, 2010).

El principio de la referencia RTK única comienza con una sola estación de

referencia que es:

1. Una estación en un punto conocido.

2. Envío de correcciones al receptor a través de un enlace de comunicaciones

(Normalmente unidireccional, como el radio módem o una conexión de GSM).

Los sistemas GPS tradicionales, sin señal correctora tienen diferencias de más de

10 metros. Los DGPS suelen tener diferencias sub-métricas, pero el caso RTK

permite lograr exactitudes del orden de los 2 a 2,5 cm (John Deere, 2010).

Antenas Beacon

Sistema Beacon: son antenas fijas de coordenadas conocidas (bases GPS)

correctoras de la señal de los satélites. Las correcciones se realizan mediante

radiotransmisión (onda FM) en la banda desde los 200 Mhz a los 500 Mhz. Hay

tres antenas, dos de ellas Bolivar (Bs As) y San Carlos (Sta. Fe) cubren un radio

de acción de 450 km. y la restante que se encuentra en Las Lajitas (Salta)

aproximadamente un radio de 350 km. Abono anual o de por vida (Méndez et al.,

2004).



pág. 45

Omnistar

Es una señal de corrección enviada desde un satélite geoestacionario y que puede

ser recibida en la mayoría de los receptores GPS utilizados en agricultura. Estos

satélites y por lo tanto la corrección, pertenecen a una empresa privada, por lo queel uso de esta señal es bajo suscripción por un período de tiempo (Agüera y

Pérez, 2006).

Omnistar utiliza un modelo denominado “Estación base virtual” (VBS), mediante el

cual la señal que recibe el usuario es una composición de la señal de corrección

que están calculando las estaciones base de Omnistar. Existe una compensación

de manera que la señal perteneciente a las estaciones base más cercanas al

receptor poseen mayor importancia.

Ofrece tres niveles de precision para DGPS: VBS, HP y XP. Con Omnistar VBS se

pueden alcanzar precisiones Submétricas, con Omnistar HP precisiones entre los

10 y 15 cm, mientras que con Omnistar XP no más de 20 cm, pero con mayor

cobertura (Agüera y Pérez, 2006).

Sistema E-dif

Sistema E-dif: corrección interna que determina y minimiza el error ionosférico en

el receptor. No genera ni transmite por radio una corrección típica (RTCM), pero

permite obtener posiciones válidas diferenciales con excelentes resultados en guía

de maquinaria. Sistema Gratuito (Méndez et al, 2004).

A manera de resumen en el cuadro 5. Se señalan los sistemas de correcciones

satelitales en el mundo citados anteriormente, correcciones que por medio de la

combinación de satélites geoestacionarios y estaciones de referencia dotanprecisiones del orden de los 3 metros y en algunos casos su señal es gratuita.



pág. 46

Cuadro 5. Sistemas de corrección diferencial disponibles en el mundo.

Servicios deCorrecciones

DGPSSubmétricas

Método Cobertura Precisión

Wass Satelital Norteamérica Mejor de 2m

Egnos Satelital Europa Mejor de 2m

Omnistar Satelital Sudamérica Mejor de 2m

Beacon

Tres antenas que son

bases correctoras en

Argentina

Hasta 300 Km de

radio a la antena

base

Depende de la

distancia a la

base correctora.

(Submétrica)E-dif Corrección electrónica

Interna del equipo

Todo el

Mundo

Submétrica

RTK Base propia Hasta 10 Km. De la

Base propia

Centimétrica

Fuente: (Méndez et al, 2004.)

6.4 Aparatos útiles para determinar la posición de una máquina en campo.

Ya mencionados los sistemas satelitales que permiten localizar un objeto sobre la

superficie terrestre y las exactitudes que proporcionan cada uno de ellos, a

continuación se hace mención de los aparatos que permiten determinar la posición

del sistema de riego y los receptores de señal satelital que ayudan a corregir

errores de posicionamiento de un objeto, en este caso la ubicación de la máquina

de riego.



pág. 47

- GPS (Receptor satel i tal )

6.4.1 Receptor (GPS)

El objetivo de incorporar un sistema de posicionamiento al sistema de avance

frontal es determinar si la zona por la que va avanzando el sistema de riego es la

correcta, ya que si el riego se está aplicando con errores que sobrepasan el metro

de diferencia, no sería una aplicación precisa y se estaría haciendo en una zona

inadecuada. Existen dos tipos de receptores GPS los diferenciales y los

autónomos que a continuación se describen; haciendo énfasis en los primeros ya

que los autónomos por el significativo error de medida que proporcionan no son de

interés para el proyecto.

- GPS DIFERENCIAL

El GPS diferencial introduce una mayor exactitud en el sistema. Este tipo de

receptor además de recibir y procesar la información de los satélites, recibe y

procesa, simultáneamente, otra información satelital procedente de una estación

terrestre situada en un lugar cercano y reconocido por el receptor. Esa información

complementaria ayuda a corregir inexactitudes que se puedan introducir en las

señales que el receptor recibe de los satélites (García, 2007).

En este caso la estación terrestre transmite al receptor GPS los ajustes que son

necesarios realizar en todo momento, este los compara con su propia información

y realiza las correcciones mostrando en su pantalla los datos correctos con gran

exactitud.

Diferentes tipos de receptores GPS y usos para Agricultura de precisión (Méndez

et al, 2004):

- Sin corrección diferencial de señal (autónomos). Error típico 6 m pero

puede llegar a 20 m.

- Con corrección diferencial de señal (en tiempo real o de post proceso).

Errores que van desde 0.5 cm a no más de 1 m.



pág. 48

Para poder localizar la máquina de riego en campo no se pueden usar GPS

autónomos (de mano) dado que el error es muy significativo, se deben usar GPS

con señal correctora o GPS que posean un software interno que calculen el error

que es inducido por la ionósfera (pero en tiempo real); tampoco sería útil el GPS

que calculen el error en post proceso dado que la máquina debe aplicar el riego en

el preciso momento que va avanzando (Méndez et al, 2004). En el cuadro 6; se

presenta la comparación entre estos tipos de receptores GPS.

Ciertamente la medición con GPS tiene algunas ventajas sobre otras técnicas

tradicionales (Méndez et al, 2004):

No tiene requerimientos de visual entre la estación base y el receptor

itinerante. Hasta el advenimiento del GPS, la intervisibilidad era un granfactor limitante en cualquier práctica de medición.

Permite realizar mediciones dinámicas (por ej. Con un vehículo en

movimiento).

Cada punto relevado es una medición independiente, por lo tanto no existe

arrastre de errores.

El GPS puede utilizarse prácticamente bajo cualquier condición climática.

Ubicación del receptor:

La ubicación del receptor GPS puede ser en la primera, al centro o en la última

torre de la máquina, por encima de cualquier obstáculo que pueda obstruir una

línea de visión a los satélites. Esto debido a que a diferencia del pivote central el

conjunto viaja en línea recta y la determinación de la posición en cualquiera de

estos 3 puntos de ubicación sería representativo de la posición de la máquina. La

colocación del receptor en la última torre suele ser más costoso pero más preciso

debido a que la posición se informa, no se estima como en el caso de pivotes

centrales.



pág. 49

Cuadro 6. Comparación de un GPS diferencial y un GPS autónomo.

Tipo de

GPS

Ventajas Desventajas

Autónomo Es útil para uso agrícola en

estimación de áreas.

Donde el error que produce

no afecta demasiado en lo

que se busca obtener.

Error típico de 6 m que

puede llegar a 20 m.

Para uso de banderilleros

no se puede utilizar debido

al error significativo.

Diferencial Produce errores que van

desde los 0.5 cm a no más de

un metro muy preciso.

Corrección diferencial en

tiempo real.

La señal que emite la

estación terrestre cubre un

radio aproximado de unos

200 km.

6.4.2 Compás electrónico

El compás electrónico es un dispositivo de ayuda a la navegación que permite una

orientación de los buques con respecto al norte. Su uso ha sido implementado enmáquinas de riego como los pivotes centrales y lineares de avance frontal en

ayuda para trazar rutas de trabajo y guiado de las máquinas.

Su principio de funcionamiento se basa en la influencia conjunta de las

propiedades giroscópicas (Inercia y precisión), de la rotación de la tierra y de la

gravedad terrestre (El girocompás, 2008).



pág. 50

B 11. Compás electrónico (El girocompás, 2008)

El compás electrónico está compuesto por:

- Elemento sensible situado dentro de una caja o de una giro-esfera.

- El elemento seguidor.

- Elemento araña y la bitácora.

El compás electrónico cuenta con dispositivos de corrección para compensar la

deriva hacia el (Este) debido al movimiento de la tierra y los errores de velocidad y

rumbo (El girocompás, 2008).

La precisión en una máquina de riego como pivote central o lineales de avance

frontal puede mejorarse si el compás electrónico se coloca en la primera torre y la

torre final, sin embargo, los compás electrónicos deben ser calibrados a las

condiciones locales donde se va utilizar. Si se debe establecer para dar una

posición que se corrige al norte verdadero, se requiere tiempo adicional, ajustes

matemáticos de errores puede ser necesarios en función de su ubicación en el

campo con algunos modelos. Además, las brújulas electrónicas se deben colocar

a un mínimo de un metro de distancia de cualquier frente de corriente eléctrica, el

campo magnético, o la estructura de acero para reducir los errores.



pág. 51

Ubicación de la brújula electrónica

La brújula electrónica puede ser colocada en la torre final y reportar la posición,

independientemente del alineamiento del avance frontal pudiendo ser colocada así

mismo en la primera torre o justo al centro del equipo.

Debido a que el uso más común de las brújulas en máquinas de riego se hace con

la finalidad de trazar rutas de trabajo y guiado de las máquinas, y un receptor GPS

permite realizar mediciones dinámicas, permite su uso bajo cualquier condición

climática, almacenamiento de puntos específicos en el campo de medición, y

constante monitoreo de la posición del equipo, es por estas ventajas que los

receptores GPS son una mejor alternativa para su implementación en el diseño del




pág. 52

7. VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL

En muchas aplicaciones es necesario controlar el paso de algún tipo de flujo, en

este caso para el sistema de riego de precisión el control del agua que se va

aplicar a un cultivo es uno de los objetivos más importantes a resolver,permitiendo dejar pasar solo la cantidad necesaria por las tuberías de riego con

los que cuenta la máquina de avance frontal. Esta tarea es realizada por válvulas,

existiendo en el mercado una gran variedad de estas que permiten controlar el

caudal.

A continuación en este capítulo se describen los tipos de válvulas que son

utilizadas para el control de caudal de riego, en especial las de interés para este

proyecto, que pueden ser útiles en el riego de precisión.

7.1 VÁLVULAS QUE SE UTILIZAN PARA RIEGO DE PRECISIÓN

Dentro de las válvulas que se encuentran en el mercado que pueden ser

consideradas para uso en el riego de precisión se tienen:

Válvulas hidráulicas

Válvulas de control remoto

Electroválvulas



pág. 53

7.1.1 Válv u las h id ráulic as

En los sistemas de control de riego de precisión, uno de los actuadores más

importantes pueden ser las válvulas hidráulicas, especialmente diseñadas para

control remoto. Otros sensores y actuadores que también juegan un papel

importante en estos sistemas de control del riego son los contadores y en menor

medida los reguladores de presión, y otros dispositivos especiales (Tarjuelo,

2005).

Las válvulas hidráulicas son actuadores que permiten regular el paso del agua

utilizando la propia energía del flujo circulante. Estas son comandadas a través de

uno o varios <pilotos> o dispositivos de control a través de órdenes hidráulicas.

Pueden ser de cámaras simples o dobles y, activadas por diafragma o pistón,aunque estas últimas no son recomendables para aguas de riego por que las

impurezas que arrastran se introducen entre el pistón y la camisa, deteriorándola.

Las de diafragma a su vez pueden ser de dos tipos básicos: las que el cierre es

producido por el propio diafragma y las que utilizan el diafragma para desplazar un

eje en cuyo extremo llevan un disco que se acopla en un asiento para el cierre de

la válvula. Los circuitos de maniobra y control de ambos tipos de válvulas son

semejantes por lo que se describirán solo el segundo tipo de válvulas.

Las válvulas hidráulicas pueden ser (Tarjuelo, 2005):

- Normalmente abiertas, que se cierran al recibir la orden hidráulica.

- Normalmente cerradas, que se abren al recibir dicha orden.

Los mejores diseños de las válvulas son aquellos que producen menor pérdida de

carga y menor peligro de cavitación para el mismo caudal. En la Figura 12; se

muestra el esquema de una válvula hidráulica.

Las válvulas de cierre por el propio diafragma son las más simples, y tienen un

muelle en la cámara superior. El piloto de control consiste en una válvula de tres

vías que tiene una vía (C) conectada con la cámara superior, otra (P) conectada

aguas arriba de la válvula y otra (V) conectada a la atmósfera. Cuando la cámara



pág. 54

superior le llega presión de aguas arriba (P y C conectados) la válvula se cierra

gracias al muelle, ya que si (P1) es la presión aguas arriba, (A) el área del

diafragma y (F) la fuerza del muelle, se tendrá:

P1=P3 y P1A<P3+F

Cuando la cámara superior se conecta a la atmósfera (V y C conectados), se

tendrá P3=0 (presión atmosférica) y P1A>F, abriéndose la válvula.

La posibilidad de controlar la velocidad de apertura y cierre de las válvulas

hidráulicas es de suma importancia ya que en un momento determinado puede

interesar un cierre lento para no provocar golpes de ariete y en otro una apertura

rápida.

Figura 12. Válvula hidráulica



pág. 55

7.1.2 Válvu las de co ntr ol rem oto

Válvulas de control remoto para sistemas de riego automáticos. El control puede

ser por aire, eléctrico o hidráulico. El diseño del diafragma asegura un

funcionamiento suave y a prueba de fugas (Regaber, 2010).

El cuerpo de las válvulas de 2” es de una aleación especial de bronce y el

actuador de materiales plásticos muy resistentes. Existen dos versiones de la

válvula: normalmente abierta (N.O.) y normalmente cerrada (N.C.) que se obtienen

por conexionado externo del tubo de mando de presión y por la utilización de la

cámara superior o inferior según el caso.

- Válvula N.O. (normalmente abierta)

En este caso la válvula basa su funcionamiento en la utilización de la cámara

superior de la misma. Cuando no llega presión a dicha cámara, la válvula

permanece abierta debido a la fuerza generada por la presión del agua sobre la

base del pistón. Cuando se aplica presión en la cámara superior de la válvula, la

fuerza resultante empuja el pistón hacia abajo, cerrando completamente el paso

de agua por la válvula.

- Válvula N.C. (normalmente cerrada) Al contrario que en el caso anterior, la válvula utiliza para su funcionamiento la

cámara inferior de la misma. La cámara superior está constantemente sometida a

presión de agua gracias a la conexión de tubo de mando externo. Ello produce el

cierre completo de la válvula. Para abrirla es necesario comunicar presión en la

cámara inferior, la cual combinada con la presión sobre la base del pistón, genera

la fuerza resultante necesaria para hacer ascender el pistón y abrir el paso de

agua.

Cuando para la actuación de la válvula se utiliza una fuente externa de presión

(aire o agua) ésta debe ser como mínimo igual o superior a la presión existente en

la tubería.



pág. 56

7.1.3 Elect ro válvul as

La instalación de electroválvulas en el sistema de riego de precisión permite, una

cobertura total del riego, puede hacer aún más fácil y práctico la utilización del

mismo programando la duración de este, controlando con la apertura de la

electroválvula, la frecuencia, la pluviometría necesaria que va dejar pasar etc. Lo

que lleva a tomar la decisión de montar este tipo de válvulas en el sistema de

riego de precisión en la máquina de avance frontal. La Figura 13; muestra una

electroválvula de PVC que se puede utilizar en las máquinas de riego para su uso

en riego de precisión.

Figura 13. Electroválvula

Principio de funcionamiento

Este tipo de válvulas es controlada variando la corriente que circula a través de un

solenoide (conductor ubicado alrededor de un émbolo, en forma de bobina). Esta

corriente, al circular por el solenoide, genera un campo magnético que atrae un

émbolo móvil, al finalizar el efecto del campo magnético, el émbolo vuelve a su

posición por efecto de la gravedad, un resorte o por presión del fluido a controlar(Carvallo y Vargas, 2003). Por lo general estas válvulas operan de forma

completamente abierta o completamente cerrada, aunque existen aplicaciones en

las que se controla el flujo en forma lineal.



pág. 57

Recientemente la empresa NAANDANJAIN ha desarrollado una electroválvula

para el control de riego (Figura 14), que es activada por medio de pulsos eléctricos

que van de los 9-12 VDC, y una máxima presión de funcionamiento 10 bar / 145

psi, pero que a la fecha no se ha logrado difundir en el mercado nacional.

Figura 14. Electroválvula activada mediante pulsos eléctricos (Naandanjain, 2011)

Clasificación

Las electroválvulas (válvulas solenoide). Trabajan con el principio antes descrito,

sin embrago se pueden agrupar de acuerdo a su aplicación, construcción o forma

(Carvallo y Vargas, 2003).

Según su aplicación: Acción directa u operadas mediante piloto.

Según su construcción: Normalmente abierta o normalmente cerrada.

Según su forma: De acuerdo al número de vías.

- Electroválvula de acción directa.

En ella, al no circular corriente por la bobina, la aguja asociada a la parte inferior

del émbolo cierra el orificio deteniendo el flujo. Al energizar el solenoide, se genera

un campo magnético que ejerce fuerza sobre el émbolo atrayéndolo hacia arriba.



pág. 58

De esta manera la aguja se levanta, permitiendo el paso del fluido. Al finalizar el

efecto de la corriente eléctrica, la fuerza ascendente sobre el émbolo cesa. Este

cae por efecto de la gravedad, cerrando mediante la aguja el orificio, impidiendo

de esta manera el paso del flujo por la tubería.

- Electroválvula operada por piloto.

Existen tres tipos básicos de válvulas operadas por piloto:

Pistón Flotante.

Diafragma Flotante.

Diafragma Capturado.

Los tres tipos de válvulas operan con el mismo principio. Cuando la bobina es

energizada, el émbolo es atraído hacia el centro de la bobina, abriendo el orificio

piloto. Una vez hecho esto, la presión atrapada arriba del pistón o diafragma se

libera a través del orificio piloto, creando así un desbalance de presión a través del

pistón o diafragma. De este modo, la presión inferior es mayor a la superior,

forzándolo a subir y produciendo la apertura del puerto principal (Carvallo y

Vargas, 2003).

Cuando se des energiza la bobina solenoide, el émbolo cae y el vástago de aguja

cierra el orificio piloto, provocando la igualación de las presiones sobre y bajo del

pistón o diafragma, los cuales caen para cerrar el puerto principal.

- Electroválvulas según su forma.

De acuerdo a su forma, se pueden clasificar según la cantidad de entradas y/o

salidas que estas poseen. De esta manera, los tres tipos principales de válvulas

son las de dos, tres y cuatro vías. La válvula de dos vías es el tipo de válvula

solenoide más común, ya que posee una conexión de entrada y una de salida,

controlando el flujo del fluido en una sola línea.



pág. 59

Criterio de selección de una válvula de solenoide

Al momento de elegir la válvula, se debe tomar en cuenta los siguientes puntos

(Carvallo y Vargas, 2003):

1. Fluido a controlar (características de viscosidad y pH).2. Rangos de Presión con los que se desea trabajar. Diferencial Máximo de

presión de apertura. (MOPD y MinOPD).

3. Temperatura del fluido (y del medio externo).

4. Tipo de cañería o conexión (tamaño y estilo).

5. Características eléctricas de la válvula (rangos de voltaje con que trabaja;

CC o AC).

6. Opciones específicas para la aplicación:

- Normalmente abierta o cerrada.

- Presión segura de trabajo (SWP).

- Con o sin vástago manual, etc.

Cabe destacar que, al momento de dimensionar la válvula, se debe tener en

cuenta la cantidad de flujo a controlar, más que el ancho de la tubería. En este

sentido, es recomendado consultar las especificaciones del fabricante para cada

válvula.

Características generales de las electroválvulas (Carvallo y Vargas, 2003):

Se tienen bajas pérdidas de agua.

Permite el paso de gran cantidad de flujo.

Baja sensibilidad a la suciedad.

Actúa a bajas presiones.

Apertura y cerrado suave para evitar el golpe de ariete, que consiste en una

sobre presión de la conducción debido a la variación del estado dinámico

del líquido.

Resistentes a las sobre presiones.



pág. 60

Que están construidas a base de materiales resistentes a la corrosión

producida por el agua en el interior de la electroválvula y en el exterior

además del agua, también resiste a climatología adversa.

7.2 Las válvulas como elemento de riego de precisión.

Para el riego de precisión se utilizan válvulas eléctricas del tipo "normalmente

cerradas" de forma que cuando el controlador da las órdenes de riego, la válvula

automática se pone en funcionamiento (energizando el solenoide), abriéndose y

dejando pasar el caudal para alimentar las tuberías (ramales) de la máquina

durante el tiempo necesario para aplicar el riego. Una vez acabado el tiempo deriego, la válvula deja de funcionar y se cierra, dejando de funcionar el sector para

iniciar con un nuevo riego según la zona por donde va avanzando la máquina.

.



pág. 61

8. EMISORES UTILIZADOS EN SISTEMAS DE RIEGO CON RAMALES

DESPLAZABLES.

La eficiencia del riego implica la capacidad de minimizar las pérdidas de agua por

factores tales como: la dispersión por el viento o la evaporación del agua de la

superficie del suelo y de la planta que afectan el nivel de eficiencia. Simplemente

hacer llegar el agua al suelo y controlar la escorrentía también incrementa la

eficiencia. En el campo del riego con máquinas, uno de los avances significativos

en lo que respecta a la eficiencia de la aspersión ha sido la instalación de los

emisores en bajantes, situándolos a corta distancia del cultivo evitando pérdidas

por factores del viento. Las bajantes deben su éxito ya que distribuyen el agua

sobre una gran área de la superficie del cultivo, aún cuando están montados

debajo de la tubería principal (Nelson Irrigation, 2005).

8.1 EMISORES

El problema de la aspersión se superpone en la dirección perpendicular a la

dirección del riego. En el caso de los sistemas de avance frontal y de pivote

central en estas máquinas el problema fue resuelto mediante el uso de emisores

muy poco espaciados y masivo solapamiento de los patrones de pulverización.

De todos los Sistemas de riego, estas máquinas ofrecen el mayor potencial para

aplicaciones uniformes. Sin embargo, con su mayor complejidad, se presenta una

dificultad en el diagnóstico de diseño y problemas de funcionamiento. Aunque

estudios, tales como Hills y Barragán, (1998) mostraron una alta uniformidad en

las aplicaciones con las máquinas de generación actual empleando tubo de caída

(bajantes) y rociadores rotadores.

En un sistema de riego de precisión el funcionamiento de cada uno de los

emisores en tiempo real y asperjar la cantidad de agua necesaria durante el riego

es un aspecto muy importante, para aplicar el agua de manera uniforme en la

zona por donde se va regando.



pág. 62

Es por eso que una buena distribución del agua va depender de la uniformidad

con la que está siendo asperjada al terreno y del tamaño de las gotas que son

emitidas por las boquillas.

El promedio de tamaño de las gotas está afectado por: Tipo y tamaño de las boquillas.

Presión.

Características del líquido (viscosidad).

En términos generales una boquilla cumple las siguientes funciones:

Medir la cantidad de líquido (caudal de descarga).

Atomizar el fluido en pequeñas gotas.

Dispersar las gotas según un patrón específico.

En este capítulo se describen los emisores llamados de última generación y su

principio de funcionamiento, el interés se centra en este tipo de emisores ya que

son los utilizados en sistemas de riego de pivote central y avance frontal.

Existen numerosos tipos de emisores para los sistemas de riego por aspersión,

cada uno de estos emisores tiene características de pulverización que lo hacen

más adecuado para uno u otro sistema.

Los principales tipos de emisores son los siguientes:

8.1.1 Toberas pulverizadoras

Las toberas pulverizadoras son los emisores que se instalan normalmente en las

máquinas de riego (pivotes y laterales de avance frontal). Tienen un orificio

calibrado por el que sale un chorro de agua. Éste choca con un plato deflector

situado en su trayectoria. Así se consigue que el chorro se rompa en otros máspequeños que distribuyen el agua uniformemente alrededor de él. Estos emisores

se utilizan a bajas presiones y tienen un alcance variable pero no muy grande. Las

toberas pulverizadoras se pueden clasificar (Gobierno de Aragón, 2001) en

función del plato deflector que rompe el chorro en:



pág. 63

Toberas con plato deflector fijo: Son los emisores comúnmente llamados

"tipo spray". El plato deflector es fijo y su base puede ser lisa (pulveriza el

chorro de agua) o estriada (divide el chorro en tantas partes como estrías

tenga el plato).

Toberas con plato deflector móvil: Estos emisores están provistos de un

plato deflector que o bien gira sobre un eje o se mueve libremente. Son

emisores llamados de "última generación" que incorporan mejoras en la

distribución del agua aplicada durante el riego en cuanto a uniformidad se

refiere. La Figura 15; presenta un ejemplo de tobera pulverizadora de plato

giratorio utilizada en pivotes centrales y laterales de avance frontal.

Figura 15. Tobera pulverizadora de plato giratorio (Nelson Irrigation, 2005).

Las toberas pulverizadoras ayudan a minimizar pérdidas ocasionadas por factores

del viento ya que, proporcionan una distribución del agua en forma uniforme sobre

el terreno. Esto debido a la colocación en las bajantes que van por debajo de la

tubería principal de la máquina asperjando a menor altura con respecto del cultivo,como se muestra en la Figura 16.



pág. 64

Figura 16. Colocación en bajantes de toberas pulverizadoras (Valley, 2006).

8.1.2 Tipos de Em isores uti l izados en máqu inas d esplazables de aspersióncon ramales.

Emisores que son mejor conocidos como de última generación se describen a

continuación.

- Rotator *R3000

El Rotator*R3000 proporciona el mayor alcance. El patrón de agua ancho

formado por sus chorros giratorios reduce la pluviometría promedio y laescorrentía, aumentando la tasa de absorción. Mayor superposición de los

aspersores adyacentes mejora la uniformidad. En la figura 17; se muestra un

Rotator *R3000.

Figura 17. Emisor Rotator*R3000 (Nelson Irrigation, 2005).



pág. 65

- Spinner*S3000

El Spinner*S3000 gira loco a fin de producir gotas finas y ligeras, está diseñado

para el riego de cultivos y suelos delicados, reduce la pluviometría instantánea y la

energía cinética de las gotas, ayudando a conservar la integridad del suelo. En laFigura 18 ; se muestra un emisor de este tipo.

Figura 18. Emisor Spinner *S3000 (Nelson Irrigation, 2005).

- Nutator*N3000

El Nutator*N3000 combina rotación y plato permanentemente inclinado para un

riego muy uniforme, aún en condiciones de viento. Sus mayores gotas anti eólicas

y sus ángulos bajos reducen la exposición al viento para una eficiencia deaplicación máxima. En la Figura 19; se muestra un emisor de este tipo.

Figura 19. Emisor Nutator*N3000 (Nelson Irrigation, 2005).



pág. 66

- Sprayhead*D3000

El Sprayhead*D3000 es un aspersor fijo vanguardista. Con su tapa reversible se

pueden cambiar los patrones de riego según las necesidades estacionales. En la

Figura 20 ; se muestra un emisor de este tipo.

Figura20. Emisor Sprayhead*D3000 (Nelson Irrigation, 2005).

- Accelerator* A3000

El Accelerator* A3000 optimiza la distribución del agua dentro del cultivo. Es un

aspersor híbrido que combina las tecnologías del Rotator y del Spinner,

acelerando su rotación a medida que aumenta el tamaño de la boquilla. En la

Figura 21; se muestra este tipo de emisor.

Figura 21. Emisor Accelerator* A3000 (Nelson Irrigation, 2005).



pág. 67

- Trashbuster *T3000

Diseñado para el uso con aguas residuales, el Trashbuster T3000 se caracteriza

por un cuerpo despejado, facilitando la circulación de los residuos. En la Figura 22;

se muestra un emisor de este tipo.

Figura 22. Emisor Trashbuster T3000 (Nelson Irrigation, 2005).

8.2 Parámetros de funcionamiento de un emisor.

Estas toberas pulverizadoras de última generación trabajan en rangos de presión

que van desde los 10 psi a 50 psi (0,7 a 3,5 bars.), así mismo teniendo alcances

que van desde los 9 m a los 22 m (30‟ a 74‟) en dependencia de la colocación con

los ramales (tuberías principales) de los sistemas de avance frontal y de pivote

central (Nelson Irrigation, 2005). El gasto de estos emisores está en dependencia

de la distancia que hay del punto de bombeo al emisor situado en el ramal del

sistema de riego, para poder determinar estos parámetros a continuación se

presenta las siguientes fórmulas:

Para el cálculo del gasto de un emisor (Nelson Irrigation, 2005):

Para el caudal requerido por un emisor:



pág. 68

Qe = Caudal del emisor, (l/m)Ls = Distancia hasta el emisor, (m)Qp= Caudal del sistema, (m3/h)

A= Área regada por el sistema, (ha)Le = Espaciamiento entre emisores, (m)

Para la tasa de aplicación promedio:

La = Tasa de aplicación promedio (mm/hr.)Qp= Caudal del sistema (m3/h)

Ls= Distancia hasta el emisor (m) A= Área regada por el sistema (ha)Ld = Diámetro regado por el emisor (m)

Observaciones

Sin aspersores que pueden distribuir el agua con una pluviometría que

corresponda a la velocidad de infiltración en el suelo, la eficiencia ganada con

bajantes y el dinero ahorrado con bajas presiones pronto se pierden enescorrentía. Incrementar el alcance del aspersor permite reducir la pluviometría

para ajustarla a la velocidad de infiltración del suelo.

En el cuadro 7; se especifican algunos parámetros de funcionamiento de los tipos

de emisores citados anteriormente.



pág. 69

Cuadro 7. Emisores utilizados en sistemas de riego por aspersión de avance

frontal y pivote central.

Emisor Gama depresiones

Pluviometría

Instalación Alcance

5 a 50 PSI

(1 a 3,4 bar)

Baja Encima del pivote o enbajantes

50 a 74‟

(15,2 a 22,6 m)

10 a 20 PSI(0,7 a 1,4 bar)

Baja-mediana Sobre bajantes 42 a 54‟ (12,8 a 16,5 m)

10 a 15 PSI

(0,7 a 1 bar)

Baja-mediana

Sobre bajantes(tuboflexible)

44 a 52‟

(13,4 a 15,9 m)

6 a 40 PSI

(0,41 a 2,8 bar)

Alta Encima del pivote o enbajantes

16 a 40‟

(4,9 a 12,2 m)

10 a 15 PSI

(0,7 a 1 bar)

Mediana En bajantes 30 a 46 „

(9,1 a 14,0 m)

Depende del tipode aspersor

Baja- Alta

Encima del pivote o enbajantes.

Depende del tipode aspersor.



pág. 70

8.3 Los emisores como elemento de riego de precisión.

La intensidad y uniformidad de aspersión que proporciona una máquina de avance

frontal depende de: El tipo de emisor, su espaciamiento en la tubería, la presión en

las boquillas y el tamaño de éstas.

La incorporación a las máquinas de riego de emisores de media presión que

emiten gotas de tamaño medio con los que se puede conseguir un mayor alcance

posible, y así, favorecer al ahorro de energía y lograr una uniformidad de riego

mayor, permite evitar pérdidas de agua por escorrentías o evaporación, siendo

cada vez más frecuente la utilización de bajantes en los sistemas de riego de

pivote central y avance frontal que sitúan al emisor por debajo de la estructura de

estas máquinas, ubicándolos muy cercanos al suelo.

De los emisores de la serie 3000 el Rotator R*3000 es el que proporciona un

mayor alcance que va del rango de 50 a 74‟ (15,2 a 22,6 m). Es por ello que si se

escoge la forma de riego más amplia se extiende el tiempo de infiltración

reduciendo la tasa de aplicación promedio.



pág. 71

9. INTEGRACIÓN DE LOS ELEMENTOS AL SISTEMA DE AVANCE FRONTAL

La mayoría de los Pivotes centrales y laterales de Avance frontal son sistemas de

riego eléctricos, integrados con un motor eléctrico o hidráulico de alrededor de 1

HP que va en cada torre del sistema para permitir el movimiento en forma

autónoma de los neumáticos de cada torre, cables eléctricos y líneas hidráulicas

van colocados longitudinalmente a la tubería lateral, contando con cajas de control

en cada torre. El panel de control usualmente se localiza en la estructura base o

centro del sistema como se muestra en la Figura 23. El cual puede recibir la

alimentación eléctrica trifásica desde la caseta de bombeo mediante cables

enterrados, en la misma zanja abierta para la tubería general o también, se puede

alimentar directamente mediante un generador colocado en la propia base.

Figura 23. Ubicación del panel de control del sistema de avance frontal.

Para integrar los elementos citados en esta investigación a continuación se

plantea la propuesta de diseño de un sistema de riego de precisión aplicado a una

máquina de Avance Frontal, con el objetivo de aplicar riego por sitio-específico aun terreno cultivado.

Panel de

Control



pág. 72

9.1 Aplicación de los elementos de riego de precisión a una máquina de

avance frontal.

Tomando en cuenta que en una superficie de cultivo de gran extensión pueden

encontrarse diferentes zonas que se definen debido a su composición física

(textura, tipos de suelo, etc.,) y a las propiedades hidráulicas del suelo que las

hace tener diferentes requerimientos hídricos, dependiendo de sus características.

Y dado que la aplicación de agua, fertilizantes y herbicidas con una máquina de

riego de avance frontal se realiza al tanteo y de manera uniforme sobre el cultivo,

debido a que trabaja en superficies relativamente extensas, lo que dificulta el

manejo óptimo de la siembra y origina pérdidas al productor a la hora de la

aplicación del riego y demás insumos.

Por estas razones se ha optado realizar la propuesta de diseño de un sistema de

riego de precisión aplicado a una máquina de riego de avance frontal que

satisfaga de manera oportuna los requerimientos de la siembra en cantidad y

tiempo necesarios.

Ya analizado el concepto de riego de precisión y los elementos que forman parte

de este, se propone la incorporación de los elementos citados anteriormente para

que en base al monitoreo de la humedad del suelo, con ayuda de sensores de

humedad y controlando por medio de un PLC la apertura de electroválvulas,

entregar la cantidad de agua (calculada por el software utilizado) que en tiempo

real es requerida por el cultivo en determinado momento de trabajo.



pág. 73

9.2 Descripción de funcionamiento de los elementos y del sistema en

conjunto.

A continuación se presentan los componentes que se eligieron para formar parte

del diseño del sistema de riego de precision para una máquina de avance frontal,

los cuales son:

9.2.1 Sensores

Sensores: sensor de humedad que mide la constante dieléctrica del suelo

conocidos como sensores del tipo FDR (Frequency Domain Reflectometry), ya que

son sensores de última generación realizan medidas precisas y en tiempos

continuos, que no necesitan ser calibrados para cada tipo de suelo adaptándose a

las condiciones del terreno donde se realiza la medición.

Sensor seleccionado

Para este proyecto se ha elegido utilizar el sensor de la marca: DECAGON

DEVICES INC. Modelo: 10 HS., que se muestra en la Figura 24.

Este sensor cuenta con los últimos avances en el empleo de materiales

resistentes para monitorear a largo plazo y con precisión el contenido de

humedad.

Figura 24. Sensor de humedad del suelo 10 HS (Decagon Devices, 2010).



pág. 74

Principio de funcionamiento:

Este sensor es denominado de tipo capacitivo que mide la constante dieléctrica

del suelo para poder así hallar el contenido volumétrico de agua (VWC) que se

mide en metros cúbicos de agua por metros cúbicos de suelo m3

/m3

(%). Se lesdenomina sensores tipo FDR (Frecuency Domain Reflectometry, Reflectometría

en el dominio de la frecuencia) ya que determinan la permisividad del medio

midiendo el tiempo de carga de un condensador que emplea el suelo como

dieléctrico. Cuando se aplica un voltaje se puede medir una frecuencia que varía

con el dieléctrico que se encuentre entre ambas placas del condensador. Para

medir esta frecuencia el sensor cuenta con un oscilador de 70 MHz, ha dicho

oscilador se le debe enviar un pulso de voltaje entre 3 y 15 V durante por lo menos

10 ms [milisegundos] para excitarlo y de ese modo empezar la medición.

Este sensor mide la constante dieléctrica del suelo o permisividad para

posteriormente correlacionarla con el contenido volumétrico de agua.

Aplicaciones:

- Programación del riego.

- Monitoreo de la humedad en la zona de las raíces.- Estudio de la relación suelo-agua-planta.

Cabe señalar que para poder tomar los datos este sensor puede ser conectado a

medidores digitales portátiles o a registradores electrónicos conocidos como

(datalogger, Figura 26 ) fabricados por la empresa Decagon Devices o en su

defecto por datalogger de otras marcas que sean compatibles. En el cuadro 8; se

citan las características técnicas del sensor 10 HS.



pág. 75

Cuadro 8. Características técnicas del sensor 10 HS.

Característica Valor

Rango 0-100% VWC (Contenido volumétrico de agua).

Salida Voltaje (Correlación Lineal con el contenido volumétrico de

agua VWC).

Intervalo de

Medición

10 ms. [milisegundos]

Temperatura -40 °C a +50°C

Tipo de conector 3.5 mm, “stereo”

Alimentación 3 a 15 V DC

Precisión

Suelo mineral

+ 2.5 hasta 50 permisividad dieléctrica

+ 2 % VWC Calibración especial del suelo hasta 8 ds/m

Suelo rocoso

+ 3% VWC, 0.5 a 8 ds/m

Para macetas

+3% VWC, 3 A 14 ds/m

Longitud delcable

5 m cable estándar (Solicitud de longitud a fábrica no mayor a45 m ya que pierde precisión “costo adicional por metro”.)

Dimensiones 14.5 cm x 3.3 cm x 0.7 cm

Durabilidad Indefinida ya que depende del trato básicamente mecánico:

“abrasión por el tipo de suelo, manejo por el operario, etc. ”

En lo referente al acoplamiento del sensor con el datalogger cuenta con un cable

de 5 m de longitud que viene por defecto de fábrica, pero si se requiere aumentar

la longitud de este se puede solicitar la longitud deseada con un cargo extra al

costo del sensor que depende de la extensión requerida, hasta no rebasar los 45

m de largo ya que la tenuidad de la señal disminuye a esta distancia. Dicho sensor

viene con un conector estándar (estéreo plug), que se muestra en la Figura 25, el



pág. 76

cual tiene tres funciones. La primera de ellas es GND (tierra), la segunda de ellas

es por donde envía el pulso de voltaje o excitación para activar la medición y la

tercera por donde regresa el voltaje medido con relación al VWC.

Figura 25. Cableado del sensor 10 HS.

Figura 26. Muestra la conexión de las sondas al Em50R datalogger.

El buen contacto del suelo con el sensor es fundamental para obtener lecturas

fiables. El sensor se inserta directamente en el suelo a una “profundidadrepresentativa de las raíces”. Dado que la humedad se mide a lo largo de todo

el sensor, son distribuidos por el terreno de acuerdo a la variabilidad de las

propiedades hidráulicas del suelo, se puede determinar la humedad en varios

perfiles y profundidades de este.



pág. 77

9.2.2 Sistema de adquis ic ión de datos

Sistema de adquisición de datos: minimizar cables para realizar la conexión de

los sensores ubicados en campo con la estación central es de gran ayuda ya que

minimiza mano de obra y gasto en cables de toda la instalación, se ha elegido

incorporar una red inalámbrica para realizar la transferencia de los datos tomados

por los sensores a la estación central del sistema. Esta conexión entre los

sensores y la PC se realiza inalámbricamente, donde los datos de humedad

monitoreados son emitidos por un datalogger (EM50R de la Marca DECAGON

DEVICES) colocado en campo al cual van conectados los sensores de humedad

como se muestra en la Figura 27, estos datos de humedad son transmitidos

inalámbricamente a un receptor denominado datastation (de la misma marca) que

cuenta con una antena receptora/emisora, donde este receptor es conectado a la

PC para transferir (descargar) los datos vía puerto RS232 o USB.

La conexión entre el sensor y el datalogger EM50R de la empresa Decagon

Devices Inc. Es posible ya que cuenta con 5 entradas para poder acoplar los

sensores de humedad (Sensor 10 HS DECAGON DEVICES INC.) y una antena

que tiene la función de recibir y emitir la señal con el dato que ha sido monitoreado

por el sensor y enviar la información vía inalámbrica a la estación central, la

estación central cuenta con un radio receptor (datastation), el cual es una antena

para realizar la recepción de la información enviada por el datalogger EM50R y así

poder descargarla (vía puerto RS232 o USB) a la computadora, la cual se encarga

de tabular los datos de campo y con ayuda del software Data Trac (proporcionado

por Decagon Devices Inc.) establecer en base a la humedad monitoreada la

comparación de estos datos para determinar la dosis de riego que se aplicará en

el momento que la máquina de avance frontal pase por la zona del terreno donde

está trabajando el sensor.

Datalogger: unidad de memoria encargada de almacenar o registrar los datos y

de enviar la orden de lectura. Esta unidad puede ser programada para tomar las

lecturas a distintos intervalos de tiempo (cada minuto, cada hora....) y transmitirlos

vía inalámbrica a una antena receptora.



pág. 78

Figura 27. Conexión entre los sensores de humedad y el computador central.

El datalogger se encontrará ubicado en campo albergando los sensores de

humedad, este permite el envío de los datos monitoreados en un rango de hasta

6.5 km desde su ubicación a una estación de recepción (compuesta por una

antena receptora datastation y una PC) colocada a las afueras del terreno de

trabajo de la máquina.

Datastation: es un receptor de radio que se acciona continuamente y recibe los

datos transmitidos de cualquier número de registradores electrónicos Em50r que

estén en la gama de medición (intervalo o rango) antes mencionado. También

tiene una función de “entrega” (delivery) confirmada; que se asegura que cada

paquete de datos esté recibido correctamente, con la datastation todo lo que se

necesita hacer es conectarse continuamente a la computadora y transferir

(descargar) los datos. Y con ella lo único que se necesita es poner en el modo(activar) el Em50r en el modo “transmitir únicamente” (“Transmit only”) que no

consume demasiada energía.

Radio Logger

EM50R

Radio Receptor

datastation

PC Central



pág. 79

9.2.3 Válv u las

Válvulas: electroválvulas que permiten regular el paso del flujo (agua), trabajando

con 24 voltios, dejando pasar la cantidad determinada de agua y cerrándose

cuando esta ha pasado a ser asperjada al terreno. Así controlar los segmentos de

riego de la máquina de avance frontal aplicando la dosis de riego adecuada en

dependencia de la humedad monitoreada en las zonas identificadas en el terreno.

La válvula trabaja en relación al cálculo realizado por el software determinando el

tiempo que permanecerá abierta esta, permitiendo el paso del agua durante el

riego, una vez realizado el cálculo de qué cantidad de agua es la que se asperjará

en la zona donde está trabajando dicho sensor.

La colocación de éstas electroválvulas se hace en cada uno de los tubos de lasbajantes (forma de U, salientes de la tubería principal), pretendiendo que cada

válvula controle la descarga de un emisor, como se ilustra en la Figura 28 . La

conexión de la electroválvula se realiza conectando el cable directamente a un

PLC el cual activará cada válvula el tiempo necesario durante el riego.

Figura 28. Se muestra la ubicación de la electroválvula en el sistema.

Colocación de electroválvulasBajante

Tubería Principal



pág. 80

La electroválvula recomendada es la P150-23-56 de la serie P150 de la marca

TORO. Ilustrada en la Figura 29; y que en la cuadro 9; se citan sus características

técnicas.

Cuadro 9. Características técnicas de la válvula P150-23-56.

Referencia Descripción

Diámetro de

la rosca Código

P150-23-56 Válvula P 150

de 1 1/5”

1 ½” P

RoscaRegulador de

caudal CaudalFranja depresiones

Hembra C/R 19-568 L/min

(5-150 GPM)

1,4-10 bar

(20-150 PSI)

Figura 29. Electroválvula modelo P150-23-56 (Toro Company, 2010).



pág. 81

Al hacer la comparación de los datos tomados por los sensores de humedad

contra los datos requeridos por la zona del suelo donde está colocado el sensor,

se determina la cantidad de agua que requiere ésta área, donde, con ayuda del

PLC se da la señal de activación a las electroválvulas, éstas válvulas se ponen

en funcionamiento con 24 voltios de excitación, abriéndose y dejando pasar el

caudal para alimentar la tubería de riego de la máquina de avance frontal, éstas

válvulas actúan al cerrarse el circuito eléctrico, así controlando la cantidad de agua

entregada que en verdad necesita cada zona por la que va avanzando el sistema.

Las electroválvulas estarán conectadas a un PLC(Controlador lógico programable)

que tiene la capacidad de ponerlas en funcionamiento aplicando los 24 V que

requieren para funcionar, el PLC obtiene la energía para funcionar desde la base

central del sistema de riego, para que la señal pueda ser transmitida a las

electroválvulas se necesita la comunicación entre la PC y el PLC, la cual será vía

cable de alimentación tendido desde la estación central donde se encuentra la

(PC), y esta dará las órdenes al PLC para activar las electroválvulas para realizar

el riego.

9.2.4 PLC

El programador es el cerebro del sistema de riego. Las válvulas se conectan a élmediante cables, en su memoria puede almacenar información que permite

controlar la hora en que se encienden los sectores de riego de la máquina.

El PLC seleccionado para esta propuesta de diseño es un Micrologix de la serie

1200 modelo 1762-L40BWA, la selección está basada de acuerdo a los siguientes

puntos:

1- Número de entradas. En este aspecto el PLC seleccionado cumple con las

necesidades en cuanto al número de entradas y características, teniendo 20

entradas digitales que se utilizarán para conectar las electroválvulas con las que

contará el sistema.

2- Características eléctricas. Este punto es vital en la selección debido que la

máquina de riego es alimentada con 480 V, el PLC necesita la alimentación de



pág. 82

voltaje de 120 V CA y así las salidas poderlas manejar a un voltaje menor al de

trabajo de la máquina. Ésta corriente la obtendrá por medio de un cable de

alimentación proveniente desde la estación central del sistema.

3- Versatilidad. En este punto el PLC proporciona una gran versatilidad ya que deser necesario en un futuro expandir el número de entradas y salidas puede

realizarse con simples módulos de expansión que se añaden a la configuración

inicial y con ello realizar las modificaciones de manera rápida y eficiente sin tener

un costo elevado por re diseño ni por instalación.

4- Espacio. Este PLC en sus dimensiones es pequeño y muy potente para la

aplicación en este trabajo, además de cubrir las necesidades de control y/o posible

expansión en un futuro (esto dependerá del cliente).

En el cuadro 10, se citan algunas características técnicas del PLC, Micrologix

1762-L40WBA. Marca Allen Bradley.

Cuadro 10. Características técnicas Micrologix 1762-L40WBA.

Alimentación de

Entrada

Entradas Salidas Dimensiones

120/240 V CA 20 (24) VCC

(4) rápidas de 24 VCC

(16) relé 90 mm (3.5 pulg.)

160 mm (6.30 pulg.)

87 mm (3.43 pulg.)



pág. 83

9.2.5 Softw are

Software. Se debe de integrar un programa que sea capaz de activar cada una de

las válvulas y determinar el tiempo de apertura de estas, existen varios lenguajes

de programación que son fáciles de correr en una computadora con los cuales

puede estar escrito el programa, tales como el Visual Basic, lenguaje C, Java, Etc.

Para que el software de la señal para iniciar el riego de una zona determinada,

debe detectar el sensor que se encuentra trabajando en esta área, posteriormente

registrar el dato de la humedad monitoreada en ese momento y compararlo con el

dato de humedad necesario para llegar a CC (capacidad de campo), una vez

comparados ambos datos se determina la lámina de riego por aplicar en función

del tiempo de apertura de las válvulas solenoide para dicha área.

Para la apertura de las válvulas debe de darse la orden al PLC (controlador lógico

programable) para activar la electroválvula y comenzar el riego por la zona donde

va avanzando el sistema, una vez que el sistema ha aplicado la dosis calculada

para esta área se da la señal de detectar el siguiente sensor que trabaja en la

siguiente zona y así comenzar de inmediato el riego para la zona correspondiente,

verificando que el riego se haga en la zona correcta con la ayuda del receptor

GPS. La máquina sigue su curso detectando la señal de un nuevo sensor para

iniciar el riego de la próxima sub-área así hasta haber recorrido el campo de

trabajo establecido para la máquina.

Los datos entrantes de los sensores deben almacenarse en archivos temporales,

en diferentes registros, ejemplo. Un archivo temporal para los datos entrantes de

los sensores (humedad monitoreada), un segundo archivo temporal para las

lecturas del GPS, y un tercer archivo para las actividades ejecutadas (el tiempo de

apertura de las electroválvulas), de esa forma poder manejar los datos e ilustrar en

base a gráficas como se ha comportado la humedad del campo durante cierto

tiempo de trabajo. A continuación en la Figura 30, se presenta la lógica que debe

seguir el programa para realizar el riego de precisión.



pág. 84

Figura 30. Lógica del programa para realizar el riego

El valor de n=1, iniciando el programa reconociendo el sensor (n)=1 dentro de la

asignación de los valores a cada sensor colocados en campo.

A. F: Avance Frontal

Inicio

Lee el sensor n(Cuanta humedad)

Calcula la lámina de riegopara esta zona

Calcula el tiempo deapertura de la

electroválvula.(Respecto a la lámina de

riego calculada)

Activa el PLC

Activa las electroválvulaspara iniciar el riego

Localiza el sensor

n...n+1...n+2...

No

Si

Identificado elsensor n?

Inicia el receptor

GPS

Detecta señales de

satélites

Señales de satélites

recibidas?

Si

No

Detecta señales de

corrección

Señales de corrección

Recibidas?

Calcula la longitudy latitud del A. F

Almacena datos enla memoria

Activado el bloque

de electroválvulas?

Tiempo de apertura

terminado?

Localiza el siguiente

sensor...n+1

No

No Si

No

Si

Si



pág. 85

9.2.6 Emisores

Emisores: toberas pulverizadoras ya que proporcionan una distribución del agua

de manera uniforme sobre el terreno y ayudan a minimizar pérdidas ocasionadas

por factores del viento, para que esto suceda son colocadas en bajantes en forma

de U, que son salientes del tubo principal al cual va conectada una manguera de

hule que baja hacia el cultivo donde en el extremo final va colocado el emisor, lo

que hace que el agua llegue en un tiempo más corto al cultivo a esa altura y evita

que las gotas sean dispersadas por el viento.

Las bajantes deben su éxito a productos que distribuyen el agua sobre una gran

área, aún cuando están situadas bajo los tirantes del sistema. Estos dispositivos

giratorios funcionan a baja presión y presentan una doble ventaja: un mayortiempo de saturación y una baja pluviometría. Por lo que se utilizan toberas

pulverizadoras que tienen un orificio calibrado por el que sale un chorro de agua,

este choca con un plato deflector situado en su trayectoria. Así se consigue que el

chorro se rompa en otros más pequeños que distribuyen el agua uniformemente

alrededor de él, haciendo una aspersión uniforme que reduce pérdidas por

factores del viento.

Esta cantidad de agua que es entregada al suelo hace que la eficiencia del riegoimplique la capacidad de minimizar pérdidas de agua. Factores tales como la

dispersión por el viento o la evaporación de la superficie del suelo y de la planta

afectan el nivel de eficiencia.

Para minimizar las pérdidas ocasionadas por factores del viento, se recomienda

colocar los emisores en las bajantes del sistema de riego como se muestra en la

Figura 31; ya que la distribución del agua se hará a menor distancia de la

superficie de cultivo lo que no afectará en la dispersión de las gotas por el viento.



pág. 86

Figura 31. Ubicación de los emisores en una máquina de avance frontal.

El emisor recomendado para este equipo de riego es el Modelo Rotator R*3000

que se muestra en la Figura 32 ; fabricado por la empresa Nelson Irrigation Corp. yque en el cuadro 11; se muestran sus características técnicas.

El Rotator R3000 debido a sus características proporciona el mayor alcance de

los emisores que produce ésta empresa. El patrón de agua ancho formado por sus

chorros giratorios reduce la pluviometría promedio y la escorrentía, y aumenta la

tasa de absorción.

Una mayor superposición de los aspersores adyacentes mejora la uniformidad delriego, garantizando la entrega del agua adaptándose a las velocidades de trabajo

que se necesiten en los diferentes puntos del terreno donde hay que realizar el

riego.

Para el caso de máquinas de avance frontal los emisores vienen colocados a

distancias 3, 5, 6 m (Tarjuelo, 2005), y para este trabajo el emisor se colocará a la

distancia de 5 m para que por cada torre que mide aproximadamente 50 m haya

10 emisores espaciados uniformemente.

Ubicación del emisor

Manguera de hule

conectada a la bajante

del sistema.



pág. 87

Figura 32. Emisor Rotator R3000 de la empresa (Nelson Irrigation. 2005).

Cuadro 11. Características técnicas del Rotator R3000.

Gama de

presiones

Pluviometría Instalación Alcance Gasto

15 a 50 PSI

(1 a 3,4 bar) BAJA

Encima del

tubo principal o

en bajantes.

50 a 74‟

(15,2 a 22,6 m)

Boquilla 3TN No. 36.

Presión de trabajo

( 20 PS1 - 1.3 bar)

37.77 l/min.

Observaciones:

La distribución del emisor será la misma en todas las bajantes del sistema, ya que

en contraste del pivote central no hay diferencias de presión a lo largo de la

tubería, procurando que la aplicación del riego sea coordinada junto con la

velocidad de avance del equipo, para evitar que haya encharcamientos que

provoquen el atascamiento de la máquina y pérdidas por percolación.

El gasto está en dependencia del tipo de boquilla utilizada de la gama 3TN de la

serie 3000 y de la presión de trabajo. Pudiendo utilizar las boquillas 14-50 con un

plato deflector naranja, ya que son las que se adaptan a las características del

Rotator R*3000 especificadas en el cuadro 10 (Nelson Irrigation, 2005).



pág. 88

9.2.7 Sistema de posic ionam iento.

Sistemas de posicionamiento: que determina la posición de la máquina en

tiempo real en campo.

El receptor GPS propuesto para este sistema es el Modelo RX500 de la Marca

Teejet (Que se muestra en la Figura 33); el cual es utilizado en sus sistemas de

aspersores automáticos.

El RX500 es una pequeña antena inteligente que rastrea las señales GPS y

correcciones satelitales (Omnistar VSB, HP Y XP). La RX500 proporciona una

precisión inferior al metro.

Este receptor viene con una antena que es colocada a distancia del receptor,produce una salida de señal de tipo radar compatible con múltiples sistemas de

control y monitoreo.

Figura 33. Receptor y antena GPS Modelo RX500 (Teejet, 2011).



pág. 89

Características técnicas del RX500.

Funcionamiento con error inferior a un metro.

Precisión decimétrica (error de 51 - 102 mm (2 - 4 pulg.), entre pasadas)

con suscripción Omnistar HP o XP.

Antena de precisión montada a distancia del receptor.

Velocidad estándar de actualización de 5 Hz. Configurable por el usuario

para una velocidad de actualización de hasta 20 Hz.

Puertos seriales RS232 y USB.

Voltaje de entrada : 7-36 V DC

Consumo de corriente: 12 V DC

El cableado para la conexión de este equipo se muestra en la figura 34.

Figura 34. Cableado del receptor GPS Modelo RX500.



pág. 90

La ubicación del receptor GPS puede ser en la primera torre, al centro o en la

última torre de la máquina como se ejemplifica en la Figura 35 , por encima de

cualquier obstáculo que pueda obstruir una línea de visión a los satélites. Esto

debido a que a diferencia del pivote central el conjunto viaja en línea recta y la

determinación de la posición en cualquiera de estos 3 puntos de ubicación sería

representativo de la posición de la máquina.

La colocación del receptor en la última torre suele ser más costoso pero más

preciso debido a que la posición se informa, no se estima como en el caso de

pivotes centrales. Es por ello que la ubicación del receptor para este proyecto se

recomienda colocarse en la última torre de la máquina.

Figura 35. Colocación del receptor GPS.

A continuación en la Figura 36; se muestra el esquema de cómo queda integrado

el sistema de riego de precisión propuesto, con los elementos que lo conforman.

Posible ubicación

del receptor GPS.



pág. 91

Figura 36. Diagrama del sistema de riego de precisión propuesto.



pág. 92

El funcionamiento de la máquina:

Los sensores son colocados dentro del perfil del suelo, a una profundidad

determinada por la zona radicular del cultivo, dichos sensores van conectados al

datalogger EM50R de la marca Decagon Devices mediante un cable estéreo plugque trae de fábrica el sensor, para trasmitir los datos de humedad monitoreados el

datalogger envía vía inalámbrica los datos tomados a una antena receptora

datastation de la marca Decagon Devices, éste receptor tiene la función de recibir

los datos provenientes de él datalogger y trasmitirlos a la PC central del sistema a

la cual se puede conectar por medio del puerto USB o RS232. La computadora

procesa los datos para determinar cuanta humedad tiene el suelo y determinar la

lámina de riego por aplicar llevando a capacidad de campo la zona del terreno que

se encuentra monitoreada.

Las electroválvulas que son incorporadas al sistema trabajan con 24 V, tienen la

función de dejar pasar el agua que será entregada al campo en función del tiempo

requerido para aplicar la dosis de riego necesaria, para realizar la activación de las

válvulas son conectadas a un PLC, el cual tiene la función de dar el impulso

eléctrico para ponerlas en funcionamiento y permitir la apertura de éstas de

manera individual, el PLC está conectado mediante un cable proveniente desde la

estación central, para después de monitorear la humedad aplicar el riego.

El receptor GPS de la marca Teejet es colocado en la parte final de la máquina

recibiendo la alimentación desde la estación central, este tiene que estar

funcionando durante el tiempo de trabajo de la máquina para ubicar en el

momento requerido al sistema sobre el terreno, para verificar la posición real.

El emisor Rotator R3000 es acoplado a la máquina de riego, el cual tiene la

función de asperjar el agua al cultivo trabajando en coordinación con el tiempo de

apertura de las electroválvulas.



pág. 93

Observaciones

Ya que el monitoreo de la humedad con sensores de última generación es muy

costoso. Para este proyecto se plantea la propuesta de diseño del sistema de

riego de precisión para una superficie de 10 hectáreas de terreno y que se tomaráen cuenta en el capítulo de estudio económico.

Dicho terreno será dividido en zonas de 2500 m 2 cada una en lotes de

dimensiones de 50 m x 50 m, en donde por cada zona delimitada se incorporará

un sensor 10 HS para monitorear la humedad de la sub-área, pretendiendo con

esto integrar un sistema de avance frontal de una longitud de 100 m que tenga dos

torres de aspersión cada una de aproximadamente 50 m de longitud, así formar

dos bloques de riego que cubran cada uno una sub-área del terreno, como seejemplifica en la Figura 37.

El datalogger EM50r estará colocado en una zona equidistante de los sensores, se

ha planteado que por (1 ha) de terreno haya 4 sensores de humedad distribuidos

uniformemente, y para que esto suceda el datalogger se ubica al centro de la (ha)

(Figura 37); donde estarán conectados los sensores mediante un cable de

aproximadamente 35 m de longitud y así transmitir los datos a la estación central.

(Señalando la ubicación de este mediante banderas de referencia con la finalidad

de protegerlos durante las labores agrícolas.)

En este diseño se supuso una ubicación equitativa de los sensores por el terreno,

pero, si se toman en cuenta las propiedades hidráulicas del suelo o se determinan

zonas representativas como (desniveles, encharcamientos, etc.) establecidas por

el agricultor la cantidad de sensores puede ser menor lo que puede disminuir el

costo del sistema.

La máquina seleccionada es conocida como Avance Frontal Universal siendo esta

la más pequeña que se maneja en cuanto a longitud (100 m) se refiere dentro de

los equipos existentes, señalando que los costos de estos equipos varían en

dependencia de la longitud deseada ya que entre más grande es el equipo

disminuye el precio de adquisición.



pág. 94

Figura 37. Diagrama de colocación de los sensores de humedad en campo.

5 0 m

50 m

Data logger EM50

Sensor de Humedad 10 HS.

A= 2500 m2

1 ra.Torre 2 da.Torre

A. Frontal



pág. 95

10. ESTUDIO ECONÓMICO

La evaluación económica de una máquina es importante porque es una forma de

justificar su construcción y adquisición. En esta fase se deben tomar en cuenta

aspectos tales como: el trabajo de investigación realizado, el diseño de la

máquina, la mano de obra necesaria para la construcción, el costo de los

materiales, el costo de uso de instalaciones y la productividad de la máquina.

Estos costos se comparan con la productividad que se tiene al realizar la actividad

en forma manual y el sueldo que se tiene que pagar.

En este capítulo se determinará la inversión necesaria para poder realizar el

diseño del sistema de riego de precisión.

Tomando en cuenta los siguientes costos:

Diseño del sistema de precisión.

Material para la instalación.

Mano de obra.

Estimación de los costos del diseño

El costo de diseño estará determinado por las horas-hombre empleadas en

realizar la investigación necesaria para la toma de decisiones, los cálculos de los

diferentes elementos que se emplearán y los planos para la construcción de la

máquina. Tomando en cuenta que el salario de una persona calificada es de

$12,000.00 mes, y el desarrollo del proyecto puede llevar un tiempo aproximado

de 4 semanas, concluimos que el costo por el diseño es de $ 12,000.00

Costos de diseño = $ 12000.00



pág. 96

Material para la construcción.

Cuadro 12. Elementos de integración para la máquina de riego.

Descripción Cantidad Precio

unitario

Total

$

Válvula Solenoide P150 Marca

Toro. Modelo: P150-23-56

20 11.025 € 220.5 € 3528.00

Receptor GPS RX500. Marca

Teejet, Modelo: 78-50151.

*Cuota Anual Omnistar.

1

1

7400 USD.

500 USD.

7400 USD.

500 USD.

88800.00

6000.00

Emisor Rotator *R3000.

Marca Nelson Irrigation.

20 20.00 USD. 400.00 USD. 4800.00

Datalogger Em50R.

Marca Decagon Devices.

10 980.00 USD. 9800.00 USD. 117600.00

Sensor de humedad 10 HS


40 142.00 USD. 5680.00 USD. 68160.00

Radio receptor datastation.


1 985.00 USD. 985.00 USD. 11820.00

PLC-Micrologix,1762-L40BWAMarca Allen Bradley.

1 4500.00 $ 4500.00 $ 4500.00

TOTAL $ 305208.00

*Cotizaciones realizadas en el mes de Febrero del 2011. Precios sujetos a cambio

La conversión del Euro ($ 16.00) y el Dólar ($ 12.00) a moneda nacional se

hizo tomando los valores consultados en (El Financiero, Marzo 10 de 2011).

Las cotizaciones de los productos se hicieron pensando utilizar ésta

máquina en una superficie para 10 has., debido al alto costo de cadaelemento.

Para el servicio de la señal Omnistar para las correcciones se paga una

cuota anual aproximada de $ 5000.00.

Los costos incluyen el IVA 16 %.



pág. 97

Cuadro 13. Cableado

Descripción Cantidad Precio

unitario

Subtotal

Sensor 10 HS. Cable estéreo plugDe 3.5 mm

2100 m 1.5 USD/m $25200.00

Receptor GPS RX500 2100 m 1.5 USD/m $25200.00

PLC 1762-L40BWA 1100 m 8.00 $/m $8800.00

Válvula solenoide P150-23-56.

Cable calibre 2.5

2000 m 5.00 $ /m $10000.00

TOTAL $ 69200.00

Tomando en cuenta una longitud de 35 m de cable por cada sensor, y la

cantidad total de sensores son 40 pzas. = 35 m *1.5 USD * $ 12.00 *40

pzas. = $ 25200.00

Ya que los emisores están a 5 m de distancia (Disposición de fábrica) y por

cada uno de estos habrá una electroválvula se necesitan 1000 m de cable

para realizar la conexión de la válvula al PLC, y se necesitará una hebra

más de la misma longitud que es utilizada como cable común. Un sistema de avance frontal recibe la alimentación desde un generador de

voltaje de 480 V (estación central), que es suministrada vía cables que

viajan junto con el sistema por el campo. El cable de alimentación del PLC y

del receptor GPS, obtendrá la alimentación de una línea eléctrica en

paralelo con la línea de suministro de energía de la máquina.

Las cotizaciones incluyen IVA 16%.



pág. 98

Costos de Mano de obra

Partiendo del salario de un técnico calificado que es de $ 1500.00 semanales. Se

estima que la instalación del sistema demoraría 2 semanas, entonces el costo por

mano de obra sería de $ 3000.00

Costo final

El costo final para la construcción del sistema de riego de precisión es la suma de

los costos de diseño del prototipo, material para la construcción y mano de obra.

Por lo que se tiene un total de:

Descripción Monto

Material para la construcción $ 374408.00

Diseño del sistema. $ 12000.00

Mano de obra $ 3000.00

Total $ 389408.00

Referencia del Costo del Sistema de Avance Frontal

Descripción Precio Unitario Subtotal $

Máquina de Avance Frontal

Universal de 100 m

Marca: Valley

USD 81046.00 $ 972572.00

Total

Incluye IVA 16 %

$ 972572.00

Se hace la cotización del costo de una máquina de avance frontal, con

características en la que está planteado este proyecto, con la finalidad de

determinar el aumento en porcentaje con respecto al costo al incorporar éste




pág. 99

Aumento del costo en porcentaje

Costo de la Máquina de riego: $ 972572.00

Costo del Sistema de riego de precisión: $ 389408.00

Aumento con respecto al costo de la Máquina de riego = 39%

Panorama propuesto

Para este proyecto se plantea sembrar maíz para grano de ciclo corto y así tener

dos cosechas anuales con lo que se tiene:

Superficie de trabajo: 10 ha.

Ciclos por año: 2 ciclos.

Número de días por ciclo: 140 días.

Ahorro en la aplicación de agua en un 30 %. Con el sistema de riego deprecisión.

Vida útil del sistema: 10 años.

Costo del agua: 4.5 $/m3, (Sánchez, 2010).



pág. 100

Costo por aplicación del agua en sistemas de riego por aspersión de avance

frontal

Para determinar el costo por aplicación de agua en el riego se tiene:

(10.1)

Donde:

= Costo por aplicación de agua en el riego,

= Volumen de agua aplicado,

=Precio del agua,

Para poder determinar el volumen de agua aplicado es necesario calcular la

lámina bruta de riego que se determina de acuerdo a la siguiente expresión:

(10.2)

Donde;

= lámina bruta,

= lámina neta,

= eficiencia de aplicación del equipo, se toma de (80-90 %), =85%

Para calcular la lámina neta se utiliza la siguiente expresión:

(10.3)

Donde:

= Capacidad de campo, (%)

= Punto de marchitamiento permanente, (%)



pág. 101

= Densidad aparente, adimensional

= Profundidad efectiva de las raíces . Maíz profundidad media (0.35 m)

Debido a que el riego es por sitio-específico y se ha planteado para 10 hectáreas

de las cuales 4 de ellas se estima que sean de suelo franco arcilloso y 6 de suelo

franco arenoso, tomando valores del cuadro1 se tiene;

Sustituyendo en (10.3), considerando un factor del 50 % del déficit permisible de

agua útil.

Para un suelo Franco arcilloso se tiene:

Sustituyendo en (10.2):



pág. 102

Para un suelo Franco arenoso se tiene:

Sustituyendo en (10.2):

Para el tiempo de aplicación de las láminas de riego se determinan mediante lasiguiente expresión.

(10.4)

Donde:

= Tiempo de riego,

= Lámina bruta,

= Intensidad de aspersión,



pág. 103

Para calcular la intensidad se determina con la siguiente fórmula según Tarjuelo,

(2005):

(10.5)

= Gasto del aspersor (), Cuadro 11 (37.7 lt/min) 2266.2 l/hr

Espaciamiento= Espaciamiento entre aspersores * longitud de la torre, 5m * 100 m

= 500 m2

Sustituyendo valores se tiene (10.5):

Para el tiempo de riego se tiene (10.4):

Para suelo franco arcilloso;

,

Lo que significa que para que una lámina de es necesario que el

sistema este funcionando 8.2 hr por hectárea.

Para suelo franco arenoso;



pág. 104

Lo que significa que para que una lámina de es necesario que el

sistema este funcionando 5 hr por hectárea.

Para determinar los intervalos de riego se utiliza la siguiente expresión según

Tarjuelo, 2005.

(10.6)

Donde:

LN = lámina neta,

N = necesidades netas del cultivo o evapotranspiración,

Para el cálculo de las necesidades netas del cultivo se realiza mediante el

siguiente procedimiento (Ortiz, 1987):

Modelo de Blaney y Criddle.

Se apoya en una correlación entre el uso consuntivo, U, de los cultivos y el factor

K de uso consuntivo. Así para un ciclo vegetativo de un cultivo de n meses laecuación es:

(10.7)

(10.8)

Donde:

k = es el coeficiente mensual del cultivo.

K = es el coeficiente de cultivo para la estación de crecimiento o ciclo vegetativo, o

coeficiente de uso consuntivo.



pág. 105

F = es la suma de los factores mensuales de uso consuntivo o factor por

temperatura y luminosidad.

f = es el factor de uso consuntivo mensual o factor por temperatura y

luminosidad, mm.mes-1.

T = es la temperatura media del aire, °C.

p = es el porcentaje mensual de las horas anuales de brillo solar, o porcentaje de

horas luz del mes con respecto al total anual.

K se obtiene del cuadro 14. El valor se da para la temperatura media anual, por lo

que si la temperatura media mensual está debajo de la media anual K disminuye,

y si la temperatura media mensual está por arriba de la media anual K aumenta.

P se obtiene del cuadro 15.Varía con la latitud.

El modelo de Blaney-Criddle, aún cuando emplea los mismos datos que el modelo

de Thornthwaite, presenta la ventaja de haber sido desarrollado en base a datos

obtenidos en experiencias de riego, en condiciones semiáridas y áridas. Además,

incluye un coeficiente K que tiene en cuenta el factor individual de cada cultivo;

pero dado que dicho coeficiente varía a lo largo de la estación de crecimiento, lacorrecta elección de K, para estimaciones mensuales, depende de la experiencia

local o del criterio que emplea el procedimiento.



pág. 106

Cuadro 14. Coeficientes de uso consuntivo para diferentes cultivos.

Cultivo Periodo de crecimiento Coeficiente k

Algodón 7 meses 0.60 a 0.65

Arroz 3 a 5 meses 1.00 a 1.20

Cereales 3 meses 0.75 a 0.85Cítricos 7 meses 0.50 a 0.65

Frijol 3 meses 0.60 a 0.70

Jitomate 4 meses 0.70

Maíz 4 meses 0.75 a 0.85

Nogales Todo el año 0.70

Papa 3 a 5 meses 0.65 a 0.75

Pastos Todo el año 0.75

Remolacha 6 meses 0.65 a 0.75

Sorgo 4 a 6 meses 0.70Trébol blanco Todo el año 0.30 a 0.85

Cuadro 15. Porcentajes de horas luz en el día para cada mes del año en relaciónal número total en un año.

Latitud norte E F M A M J J A S O N D

15 7.94 7.37 8.44 8.45 8.98 8.80 9.03 8.83 8.27 8.26 7.75 7.88

16 7.93 7.35 8.44 8.46 9.07 8.83 9.07 8.85 8.27 8.24 7.72 7.83

17 7.86 7.32 8.43 8.48 9.04 8.87 9.11 8.87 8.27 8.22 7.69 7.80

18 7.83 7.30 8.42 8.50 9.09 8.92 9.16 8.90 8.27 8.21 7.66 7.7419 7.79 7.29 8.41 8.51 9.11 8.97 9.20 8.92 8.28 8.19 7.63 7.71

20 7.74 7.26 8.41 8.53 9.14 9.00 9.23 8.95 8.29 8.17 7.59 7.66

21 7.71 7.24 8.40 8.54 9.19 9.05 9.29 8.98 8.29 8.15 7.54 7.62

22 7.66 7.21 8.40 8.56 9.22 9.09 9.33 9.00 8.30 8.13 7.50 7.55

23 7.62 7.19 8.40 8.57 9.24 9.12 9.35 9.02 8.30 8.11 7.47 7.50

24 7.58 7.17 8.40 8.60 9.30 9.20 9.41 9.05 8.31 8.09 7.43 7.46

25 7.53 7.13 8.38 8.61 9.32 9.22 9.43 9.08 8.31 8.08 7.40 7.41

26 7.49 7.12 8.40 8.64 9.38 9.30 9.49 9.10 8.31 8.06 7.36 7.31

27 7.43 7.09 8.38 8.65 9.40 9.32 9.52 9.13 8.32 8.03 7.36 7.31

28 7.40 7.07 8.39 8.68 9.46 9.38 9.58 9.16 8.32 8.02 7.27 7.27

29 7.35 7.04 8.37 8.70 9.48 9.43 9.61 9.19 8.32 8.00 7.24 7.20

30 7.30 7.03 8.38 8.72 9.53 9.49 9.67 9.22 8.34 7.99 7.19 7.14

31 7.25 7.00 8.36 8.73 9.57 9.54 9.72 9.24 8.34 7.95 7.15 7.09

32 7.20 7.97 8.37 8.75 9.63 9.60 9.77 9.26 8.34 7.93 7.11 7.05



pág. 107

Ejemp lo del pro cedim iento de cálcu lo.

Cultivo: Maíz

Localidad: Texcoco, Estado de México.

Latitud norte: 19° 31‟.

Ciclo vegetativo: 140 días.

Fecha de siembra: 1 enero.

Fecha de cosecha: 20 mayo.

Ecuaciones (10.7) y (10.8):

Valor de K.

Del cuadro 14 se tiene: 80.0 K

Temperatura media anual: 16.1 °C

Valores de K por mes:



pág. 108

Resumiendo:

Mes T (°C) K

Enero 12.5 0.62

Febrero 14.4 0.71

Marzo 16.4 0.81

Abril 18.5 0.91

Mayo 29.5 0.96

Determinación de f por mes:

Mes

P f

(cm)

Enero 1.389 7.76 10.77

Febrero 1.477 7.27 10.73

Marzo 1.568 8.41 12.42

Abril 1.665 8.52 14.18

Mayo 1.75 9.125 15.96

Los valores de p se obtienen por interpolación, cuadro 15, por ejemplo para el mes

de enero.

(10.9)



pág. 109

Uso consuntivo por mes y por día:

Ecuaciones:

Enero:

Febrero:

Marzo:

Abril:

Mayo:



pág. 110

Resumiendo:

Mes U mes U diario

Enero 6.67 0.215

Febrero 7.61 0.271Marzo 10.67 0.324

Abril 12.90 0.430

Mayo 15.32 0.494

Sacando el promedio de U.

Para determinar el intervalo de riego, sustituyendo en (10.6) se tiene,

Para un suelo franco arenoso;

Para un suelo franco arcilloso;



pág. 111

Se ha tomado un ciclo de 140 días para el maíz, para calcular el No. de Puestas

de riego se tiene;

Para suelo franco arcilloso:

Para suelo franco arenoso:

Costo total de aplicación de agua para este ciclo Suelo franco Arcilloso (10.1);

Costo total de aplicación de agua para este ciclo suelo franco Arenoso (10.1);

Costo total de aplicación para las 10 ha.



pág. 112

Sabiendo que las máquinas de riego de Avance frontal y Pivote central aplican una

norma uniforme sobre la superficie de cultivo, sin tomar en cuenta los diferentes

tipos de suelo que se puedan encontrar, en comparación con el riego de precisión

se tiene que:

Si se toma la norma de riego más alta calculada sin considerar diferentes tipos de

suelo en el terreno de trabajo y para las 10 has en las que está planteado este

sistema de riego se tiene que el costo total por aplicación de agua sería de (10.1):

Por lo que se obtiene un ahorro de $ 6448.40 usando el sistema de riego deprecisión por ciclo que transformado a cantidad de agua $ 6448.40 / 4.5 $/m 3 =

1432.1 m3 que se aplicarían de manera innecesaria y que a la larga de los ciclos

de cultivo se vería reflejado en un ahorro significativo en dinero y aplicación de

agua para los productores.

La aplicación de agua que se hace de manera innecesaria trae como

consecuencia la contaminación de los mantos acuíferos, las aguas subterráneas,

erosión del suelo, y pérdidas monetarias para los productores.

Mientras que una aplicación insuficiente de agua trae consigo un retraso en el

desarrollo del cultivo, trayendo como consecuencia la reducción en la producción

que originaria pérdidas a los productores.



pág. 113

11. CONCLUSIONES

El sistema de riego de precisión permite manejar de manera eficiente la

variabilidad espacial del suelo, reduciendo la cantidad de agua aplicada y

combustible utilizado, minimizando el impacto ambiental.

El monitoreo de la humedad en tiempo real permite que las máquinas de riego

(Pivote Central y Avance Frontal) puedan efectuar aplicaciones con relación a la

disponibilidad de agua en el suelo entregando solo la cantidad necesaria al cultivo.

El uso del GPS va permitir localizar la máquina en la superficie de trabajo, con la

finalidad de determinar si la aplicación del riego se está realizando en la zona

correcta en tiempo real, y en relación al déficit de humedad determinado por los

sensores se logra el manejo del riego por Sitio-Específico.

El diseño propuesto del sistema de riego de precisión es una alternativa para

hacer uso eficiente del agua, permite mejor su aprovechamiento y distribución

sobre el cultivo entregando solo la cantidad necesaria en tiempo y cantidad

precisos.

El costo de un sistema de riego de precisión aplicado a una máquina de avance

frontal es de $ 389,408.00.



pág. 114

12. RECOMENDACIONES

El Riego de Precisión en México no se ha abordado con profundidad por lo que

sería necesario enfatizar con relación a este tema, los componentes que lo

constituyen y su integración en máquinas de riego como: (Pivotes Centrales y

Avance Frontal) debido a que se utilizan en gran parte del territorio mexicano.

No existe cultura en relación al riego de precisión en nuestro país, lo cual sería

bueno capacitar a especialistas en materia de riego y a productores, con la

finalidad de introducir esta técnica al campo mexicano.

Hay que desarrollar componentes para el riego de precisión debido a su alto costo,

ya que la mayoría de estos provienen de otros países lo que encarece aún más

esta tecnología.



pág. 115

13. LITERATURA CITADA

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Documents

Tesis - Riego a Precisión en Máquina de Avance Frontal, Ingeniería Mecánica Agrícola, Universidad Autónoma de Chapingo [Guzmán Ramírez]