Embed Size (px)
Citation preview
Taula de continguts del sistema de reg 2.Sistema de reg automàtic............................................................................................................ 2
2.1 Descripció general de la zona de reg. .................................................................................. 3
2.2 Estudi de mercat de sistemes de reg automàtic ................................................................... 4
2.2.1 Reg per degoteig ........................................................................................................... 5
2.2.2 Reg per aspersió ........................................................................................................... 6
2.2.3 Reg subterrani .............................................................................................................. 7
2.3 Criteris de selecció .............................................................................................................. 8
2.4 VALORACIÓ ..................................................................................................................... 9
2.5 Disseny .............................................................................................................................. 10
2.6 Descripció del funcionament ............................................................................................. 12
............................................................................................................................................. 12
2.7 Materials utilitzats al sistema de reg: ................................................................................ 14
2. Sistema de reg automàtic
Es denomina Sistema de reg o perímetre de reg al conjunt d'estructures que fa possible que una determinada àrea pugui ser conreada amb l'aplicació de l'aigua necessària a les plantes. El sistema de reg consta d'una sèrie de components. El conjunt de components dependrà de si es tracta de reg superficial (principalment en la seva variant de reg per inundació), per aspersió o per degoteig.
Impacte en la producció:
1. Subministrar la humitat necessària per el desenvolupament dels cultius. 2. Assegurar un abast suficient de aigua durant sequeres de curta duració i clima
impredictible. 3. Dissoldre sals del terra . 4. Millorar les condicions ambientals per el desenvolupament vegetal. 5. Aplicar els agroquímics a través de l’aigua. 6. Generar beneficis operacionals.
L'aigua implementada en jardins i cultius sol classificar-se segons la qualitat de l'aigua que presentin:
Aigua de pluja Aigua de deu Aigua de pou Aigua de riu Aigua de conducció
Els sistemes de reg que utilitzen aigua de pluja es converteixen en un dels més adequats per al reg de cultius degut a que la seva concentració de nitrogen produeix una acció fertilitzant.
2.1 Descripció general de la zona de reg.
La zona de reg es divideix en 4 subzones, cada un d’elles disposa d’un dipòsit.
Fig. 2.1. zones de reg
L’avantatge de tenir 4 zones és que cada zona disposarà d’una dosificació d’aigua diferent, ja que en funció del que es cultivi es requerirà més o menys quantitat d’aigua.
La tasca a desenvolupar comença a partir de la decisió de l’usuari, aquest pot establir un horari desitjat de reg en funció del que es cultivi. El sistema, un cop rebuda l’ordre de l’usuari comprova que no plogui, que els dipòsits disposin d’aigua i s’encarrega del reg.
Fig. 2.2. Mapa conceptual especificació de reg
2.2 Estudi de mercat de sistemes de reg automàtic
Per escollir el tipus de reg que emprem al projecte es realitza un estudi de mercat, el qual s’ha dut a terme a través d’una recerca d’informació per internet i consultant a les següents empreses.
- Jardineria Trevol.
- Ajuntament de Rubí.
- Leroy Merlin.
La instal· lació s’implementa en un hort que només es freqüentarà per sembrar les llavors, podar les plantes/hortalisses i collir els fruits del cultiu.
De les tecnologies trobades al mercat s’han escollit 3 opcions, les quals són les que més s’adapten a les necessitats del client.
- Reg per degoteig.
- Reg per aspersió.
- Reg subterrani
2.2.1 Reg per degoteig
El reg per degoteig igualment conegut sota el nom de “reg gota a gota”, és un mètode d’irrigació que s’utilitza a les zones àrides per que permet la utilització òptima d’aigua i abonaments.
L’aigua aplicada per aquest mètode de reg s’infiltra cap a les arrels de les plantes irrigant directament la zona d’influència de les arrels a través d’un sistema de canonades i emissors (degotadors).
La major part dels grans sistemes de reg per degoteig utilitzen un cert tipus de filtre d'aigua per impedir l'obstrucció dels petits tubs sortidors.
Els sistemes de degoteig barregen sovint l'abonament líquid o pesticides en l'aigua de reg. Altres productes químics tals com el clor o l'àcid sulfúric són igualment utilitzats per netejar periòdicament el sistema.
Si està correctament muntat, instal· lat, i controlat, el reg per degoteig pot ajudar a realitzar importants estalvis d'aigua per la reducció de l'evaporació. D'altra banda, el reg gota a gota pot eliminar moltes malalties que neixen del contacte de l'aigua amb les fulles. En conclusió, a les regions on els aprovisionaments d'aigua estan molt limitats, es pot obtenir un notable augment de producció utilitzant la mateixa quantitat d'aigua, gràcies aquest sistema .
Els kits de gota a gota per al jardí són cada vegada més populars per als propietaris de cases. Es componen d’un temporitzador, una canonada i diversos degotadors. També es necessita un manoreductor per tal que la pressió no sigui excessiva en el sistema no sigui excessiva en el sistema ja que poden arribar a sortir disparats els degotadors si no es regula adequadament.
Fig. 2.3. reg per degoteig
AVANTATGES INCONVENIENTS
• Rendiment elevat
• Estalvia aigua
• Elimina malalties
• Reducció de mà d’obra
• Fàcil adaptació al terreny
• Alt risc d’obturació
• Automatització complexa
fig. 2.4. Taula avantatges degoteig
2.2.2 Reg per aspersió
El reg per aspersió es una modalitat de reg on l’aigua arriba a les plantes en forma de “pluja” localitzada.
La captació d’aigua pot provenir:
• D’un pou • D’un riu, un embassament o un llac • D’un dipòsit
Instal· lació per posada en pressió del sistema:
• Per gravetat, si els camps regats estan en una cota inferior a la captació. Per exemple per al reg de camps situats aigües a baix d’una presa.
• Per bombeig, quan es tracta d’ utilitzar aigua de pou o per regar terrenys que es troben a una cota superior a la del embassament.
Els aspersors es divideixen en:
• Emergents: Són els que s’aixequen del terra quan s’obre el reg i quan es paren es retrau. • Mòbils: Són aquells que s’acoblen al extrem d’una mànega i es van punxant i es van
movent d’un lloc a un altre.
e
fig. 2.5. Reg per aspersió
AVANTATGES INCONVENIENTS
• Menor consum que per inundació
• Pot ser utilitzat amb facilitat en
terrenys confrontats.
• Distribució homogènia
• Major consum que per degoteig
• Es necessita calcular un coeficient
complexa d’uniformitat superior
al 80%
Fig. 2.6. taula avantatges aspersió
2.2.3 Reg subterrani
És un dels mètodes més moderns, s’utilitza en jardins substituint els aspersors o difusors en petites superfícies. Aquest sistema es troba enterrant i es distribueix a través d’entramat de canonades.
L’entramat de canonades s’enterra a una determinada profunditat entre 5 i 50 cm, segons el tipus de planta a regar ( hortalisses menys enterrades que arbres) i si el terra és més sorrenc o argilenc.
És un sistema ideal per jardins que han de ser travessats contínuament, degut a que el sistema no és un obstacle al pas.
Fig. 2.7. Reg subterrani
AVANTATGES INCONVENIENTS
• Menys pèrdua de aigua per no
estar exposat al aire.
• Menys males herbes perquè la
superfícies es manté seca.
• La vida de les canonades és més
llarga degut a que no estan
exposades al sol.
• S’eviten problemes de vandalisme
• El principal inconvenient és que es
poden emboçar ens els punts de
sortida d’aigua per culpa de la cal.
Si la vostra aigua és calcària no es
recomana aquest tipus de reg.
• Les arrels també s’acoblen a les
canonades. Per evitar-ho es fa
servir algun tipus d’herbicida
Fig. 2.8. Taula avantatges reg subterrani
2.3 Criteris de selecció
De les diferents opcions de sistemes de reg automàtic trobats al mercat, s’ha fet una valoració i s’han escollit els tres esmentats prèviament per ser els que més s’adaptaven a les necessitats dels client. Un cop exposades les tres opcions, s’ha creat una taula a partir dels criteris del client per determinar quina serà l’adequada.
CRITERIS DEL CLIENT PES PERCENTATGE
Cost 45 %
Consum 35 %
Complexitat 5 %
Temps disseny, muntatge i programació 15 %
Fig. 2.9. Taula criteris sistema de reg
En la següent taula s’avalua amb una puntuació del 0 al 10 cada una de les tres opcions. En el cas
del cost quanta més puntuació resulta més econòmic. En el cas del consum l’alta puntuació indica
més estalvi d’aigua. En el cas de la complexitat com menys complexa més puntuació obtindrà i
en el cas del temps quant més curt sigui el termini de durada de la instal· lació millor puntuació
obtindrà.
OPCIÓ/
CRITERI
Cost CONSUM Complexitat TEMPS
Reg per degoteig 7 9 9 8
Reg per aspersió 5 5 8 6
Reg subterrani 5 9 7 6
Fig. 2.10. Criteri opcions reg
La següent taula ens mostra el resultat final aplicant la ponderació de cada criteri a cada opció
per tal de determinar la opció més adequada.
OPCIÓ PUNTUACIÓ PONDERADA
Reg per degoteig 7.95
Reg per aspersió 5.3
Reg subterrani 6.65
Fig. 2.11. taula ponderació reg
����. ����. = %���� · ���� + % ������ · ������ + %complex.· complex. +%temp · temp
2.4 VALORACIÓ
Un cop valorades totes les opcions, podem observar que la opció més viable segons els requeriments de la instal· lació i els criteris del client, és realitzar el sistema de reg per degoteig.
L’opció d’utilitzar un sistema de reg subterrani no és necessari, degut a que la zona de reg no ha de ser freqüentada per persones i no suposa un problema que els elements de la instal·lació es trobin visibles. En el cas d’haver de reparar alguna averia, realitzar aquesta tasca seria més complicada que les altres opcions degut a que si hi ha un embossament s’hauria d’aixecar el terra.
L’opció de crear un sistema de reg per aspersió també queda descartada degut a que el client dona suma importància al consum d’aigua i aquest sistema no destaca per la seva eficiència.
Per tant l’opció més adient és la de realitzar un sistema de reg per degoteig, tenint en compte que a part de ser l’opció més econòmica, també es el sistema mes eficient, el menys complexa i el més fàcil de reparar en el cas que sigui necessari, ja que les averies mes usuals són l’embossament de les sortides de les canonades i en cas d’haver-les de reemplaçar no suposarà un alt cost.
2.5 Disseny
Un cop realitzat el primer disseny de l‘esquema de canonades de la instal· lació de reg, amb el plans impresos ens hem postat en contacte amb l’empresa Jardineria Trevol.
Fig. 2.12. Primer disseny distribució canonades
La Jardineria Trevol, és una empresa experta en el sector de l’ agricultura. L’empresa ens ha recomanat modificar alguns punts del primer disseny.
- Tancant els circuits d’ aigua aconseguirem una pressió un tant més uniforme i en conseqüència l’aigua es repartirà millor.
- Afegint un tub més a cada circuit ens estalviem posar derivacions amb tubs de diàmetre inferior al principal.
- A l’hora de fer els forats haurem de tenir en compte que el diàmetre dels forats a prop de la vàlvula han de ser inferiors als que estan més lluny.
També hem demanat informació a diferents fonts com per exemple l’ajuntament de Rubí, per tal de saber com tallar el reg en cas de la presencia de pluja.
La seva resposta ha estat que es rega igual plogui o no i que els sistemes de reg només es programen mitjançant temporitzadors.
Tot i així nosaltres considerem que l’estalvi d’aigua és necessari i hem decidit dissenyar la instal· lació de manera que s’utilitzi l’aigua només quan es necessiti i no tan sols quan digui el temporitzador.
De manera que hem redistribuït el disseny l’esquema.
Fig. 2.13. Segon disseny distribució canonades
Per aconseguir una major eficiència mesurarem la humitat de la terra per determinar si es necessari regar o no.
A part també comprovarem l’estat dels dipòsits enviant una senyal que indiqui si aquests es troben en nivell alt nivell baix o nivell alt.
2.6 Descripció del funcionament Si està activat el mode manual l’usuari podrà seleccionar la zona que vol regar, i el software, s’encarregarà de que el hardware regui la zona seleccionada, sempre i quan es compleixin les condicions necessàries ( hi ha aigua al dipòsit ). Quan el dipòsit es buidi l’usuari l’haurà d’omplir.
Fig. 2.14. Mapa conceptual manual/automàtic
Si estem en mode automàtic el programa comprovarà a través de la sonda el nivell d’humitat del terra, en el cas de que aquest sigui inferior al nivell d’humitat desitjat i si el dipòsit té aigua regarà la zona. En el cas de que el dipòsit estigui buit activarà una alarma (llum vermella).
Fig. 2.17. Mapa conceptual automàtic
Sistema de
reg
Manual Automatic
Mode automàtic
Humitat llegida pel
sensor < Consigna
d'humitat
Hora establerta
Dipòsit x amb
aigua
Regar zona x
Dipòsit x buit
Humitat llegida pel
sensor > consigna
d'humitat
Fig. 2.16. Mapa conceptual manual
2.7 Materials utilitzats al sistema de reg
2.7.1 Tub de polietilè de 20mm de secció
Després de visitar diferents botigues en el sector de la jardineria arribem a la conclusió que el tub que ens ofereix Leroy Merlin, és el més econòmic.
Per les dimensions de la instal· lació Leroy Merlin ens aconsella aquest tub amb aquest diàmetre. Per instal·lacions exteriors d’aigua freda els tubs més recomanats són els de polietilè verge i donen una garantia de salubritat que no ofereixen els reciclats.
A part la ratlla blava indica que són aptes pel consum alimentari. Aquest en concret aguantarà una pressió màxima de 10 atm.
Fig. 2.18. canonada
Per saber els metres de tub que necessitarem fem servir l’esquema dissenyat a partir de les mesures exactes del terreny.
Realitzarem el càlcul de metres de tub en funció de les zones.
Fig. 2.19. canonada per zones
Fig. 2.20. Longitud canonades
Zona1 = 49.42 Zona2=66.02
Zona3 = 41.62 Zona4 = 26.52
Longitud total del tub = 183.58�184m aprox.
2.7.2 Colze 20mm.
Per connectar els tubs farem servir els colzes que també ens els subministrarà Leroy Merlin. Escollirem el colze amb el número de referència 12166756 que és de Polipropilè reforçat amb fibra de vidre, està preparat per connectar tubs de 20mm mitjançant rosca, aguanta una pressió de 10bars i té un pes de 71g.
Fig. 2.21. Colze
En el següent esquema podem apreciar que amb 14 colzes (marcats amb un cercle de color vermell) serà suficient.
Fig. 2.22. ubicació dels colzes
2.7.3 Te de Bocas iguals
Per connectar els tubs farem servir las tes que també ens les subministrarà Leroy Merlin. Escollim la te amb numero de referència 12166756, que és de Polipropilè reforçat amb fibra de vidre ja que està preparada per connectar tubs de 20mm mitjançant rosca, aguanta una pressió de 10bars i té un pes de 104g.
Fig. 2.23. Te
En el següent esquema es pot apreciar que amb 16 tes serà suficient:
Fig. 2.24. ubicació de les Tes
2.7.4 Electrovàlvula
Necessitarem una electrovàlvula per cada dipòsit per tant amb 4 en tindrem suficient. En la figura 2.24 es pot apreciar aproximadament on estaran situades.
Les seccions de les vàlvules al mercat es troben en polzades.
La secció del tub que haurà de controlar la vàlvula és de 20mm.
���� = � · ��= � · 10���= (� · 100) ���
1��� = 0.0015500031000062 ���
Àrea = . !"" #! $� %&'
!((' ·(� · 100)��� = 0.4869���
Passar mm a polzades
Per un tub amb una secció de 20mm es necessita una electrovàlvula de ½”.
Solenoide d’aigua electromagnètica G1 ½ NC.-
S’instal·larà la següent electrovàlvula. A l’hora de seleccionar-la a banda de ser la més econòmica s’ha tingut en compte les característiques que es troben després de la figura 2.25. Es tracta d’una electrovàlvula que s’activa amb una tensió de 12V i és normalment tancada.
Fig. 2.25. Electrovàlvula
Característiques tècniques:
-Mida del port: ½” -Material: Plàstic
-Estructura: control -Potencia nominal: 5W
- Pressió : 038MPa -Tensió: 12V
-Temperatura de treball: 0-100ºC -Us: aigua y fluids de poca viscositat
-Model de funcionament: Normalment tancat (NT)
2.7.5 Mòdul del sensor de detecció d’ humitat del terra per Arduino.
El control del projecte es realitza mitjançant una placa Arduino, L’elecció d’aquest sistema es detalla en l’apartat 4.4 i es per aquest motiu que s’escull un sensor compatible amb Arduino. Es tracta d’un sensor d’aigua que utilitzem per detectar humitat del terra.
Fig. 2.26. Sensor humitat
El mecanisme consta de dos plaques separades entre si recobertes d’un material conductor que al posar-lo en contacte amb un medi humit i per tant capaç de conduir la corrent elèctrica tanca el circuit.
Quan el terra estigui humit es crearà un pon al sensor entre les dues puntes. A través d’un circuit de control amb amplificador operacional es transformarà la conductivitat en un valor analògic capaç de ser llegit per l’Arduino.
El pac inclou:
- 1 Mòdul detector d’ humitat del terra
- 1 Sonda
Característiques tècniques:
- Voltatge de funcionament: 3.3V~5~ 2.5mA - Mòdul de sortida dual (analògica i digital) - Analògic: 1023�terra sec
0�màxima humitat - Digital: 1� per manca d’humitat
0�Humitat - Panell PCB Dimensions: 30mm x16mm - Sonda de terra Dimensions: Aprox. 60mm x 30mm - Amb l’indicador de potència (Vermell) i l’indicador de sortida de commutació
digital (verd). - Xip comparador LM393, estable - Descripció Interface (4 fils)
o VCC: 3.3V-5V o GND:GND o HACER: Interface de sortida digital ( 0 i 1).
Interface de sortida analògica.
La conductivitat de la terra varia en funció de la zona, del que s’hagi plantat, del temps que porta sense s’hagi plantat res i de la humitat que pugui tenir.
La manera més precisa de determinar si las plantes necessiten aigua o no es posar diverses sondes, una a prop de cada planta però llavors el pressupost es dispara.
La solució més econòmica ha estat agafar diferents mostres de terres de diferents zones.
Fig. 2.27. mostra
Un cop recollides les mostres les identifiquem amb un número.
Fig. 2.28. mostres
Per poder determinar un valor mig el qual es considera que les plantes necessiten ser regades, es realitzen les següents proves.
Fig. 2.29. Prova d’humitat
A través d’un programa aconseguim extreure les dades recollides per la sonda i mostrejar-les per pantalla.
La següent taula recull les dades recollides.
Mostra 1 2 3 4 5
Seques 998 464 806 1010 385
Humides 120 118 149 130 128
Fig. 2.30. Taula amb les mostres recollides
El sensor en qüestió varia la seva sortida amb un valor analògic que va de 0 a 1023. Entregarà 0 quan el terra estigui sec i 1023 en el punt de màxima humitat. Un cop realitzades les proves, amb les diferents sorres establim un llindar de 500.
Senyal rebuda a l’Arduino a través de la sonda <500 � es pot regar
Senyal rebuda a l’Arduino a través de la sonda >= 500� no és necessari regar.
Per poder determinar el nivell dels dipòsits farem servir 3 sondes per cada un d’ells.
Aquest cop es fa servir la sortida digital ja que només es necessita saber si arriba l’aigua al sensor o no.
Fig. 2.31. Sensors dipòsit
Cada sonda proporcionarà un senyal digital l’Arduino indicant amb un 0 lògic quan hi ha aigua i un 1 lògic quan no n’hi hagi.
Tindrem un total de 12 senyals.
Nivell alt dipòsit 1 Nivell alt dipòsit 2 Nivell alt dipòsit 3 Nivell alt dipòsit 4
Nivell mig dipòsit 1 Nivell mig dipòsit 2 Nivell mig dipòsit 3 Nivell mig dipòsit 4
Nivell baix dipòsit 1 Nivell baix dipòsit 2 Nivell baix dipòsit 3 Nivell baix dipòsit 4
Fig. 2.32. Taula sensors
Per poder col· locar les sondes als dipòsits un cop connectada la part electrònica, recobrirem la part elèctrica de resina epòxid que s’encarregarà d’aïllar els contactes de l’aigua.
Seguidament trobem una explicació de sobre com actuarà el software per determinar l’estat dels dipòsits.
Si els 3 sensors estan detectant aigua.
Això indica que el dipòsit està ple.
Aquesta acció es repetirà 4 vegades degut a que tenim 4 dipòsits.
Fig. 2.33. Dipòsit ple
De la mateixa manera s’entén que si només hi ha dos sensors detectant els dipòsits es trobaran a la seva capacitat mitja.
El programa relacionarà que quan hi hagi nomes 2 sensors haurà d’indicar que el dipòsit es troba a la seva capacitat mitjana.
Fig. 2.34. Dipòsit nivell mig
Quan només detecti un dels 3 sensors, el programa s’encarregarà d’indicar que el dipòsit es troba a la seva capacitat mínima.
Fig. 2.35. Dipòsit nivell baix
En el cas que cap dels tres sensors estigui detectant, el programa no permetrà l’obertura de la electrovàlvula.
Fig. 2.36. Dipòsit buit
2.7.6 Rellotge Aaruino RTC (Real clock time)
Un rellotge en temps real ( real-time clock, RTC) és un rellotge d’ordinador inclòs en un circuit integrat que manté l’hora actual. Els RTC estan presents en la majoria d’aparells electrònics que necessitin guardar el temps exacte.
Aquest dispositiu inclou diferents beneficis, té un consum molt reduït, en el cas de que el sistema tingui una caiguda de tensió el sistema segueix operatiu degut a que té una petita bateria que permet impedir possibles desordres temporals en el programa.
Nosaltres hem escollit el mòdul ds3231 d’ alta precisió de rellotge en temps real amb número de referència LTDR-DS3231 AT24C32
Fig. 2.37. RTC
Característiques tècniques:
- Voltatge d’ operació: 3.3 a 5.5V - Temperatura de treball: 0 a 40ºC - Comunicació: I2C - Velocitat: 400KHz
