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• Júnior Hernández

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Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA Y ELECTRONICA

CURSO: PROYECTO ELECTRONICO II TEMA: SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO MEDIANTE ARDUINO DOCENTE: ING. CELSO Y. GERÓNIMO HUAMÁN INTEGRANTES: ORTIZ HUACHIN WALTER SAUL HERNANDEZ ÑAHUINLLA JUNIOR ARMANDO CASMA ROMANI EDDY LUIS

LIMA – PERU 2019

SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO MEDIANTE ARDUINO

DEDICATORIA Dedico este trabajo en primera instancia: A MIS PADRES ejemplos de inspiración para mí, por sus sacrificios y esfuerzos y amor incondicional. Por su confianza en mí; sin cuyo apoyo no hubiera sido posible llegar a este momento. A MI PROFESOR, por el tiempo incondicional que brinda transmitiendo sus conocimientos hacia nosotros y por su desempeño en la enseñanza, convirtiéndonos en profesionales. A MIS COMPAÑEROS DE AULA Y A NOSOTROS MISMO, que somos los más interesados en conocer de este tema que nos va a servir para el futuro

AGRADECIMIENTO

Quiero agradecer a todos mis maestros ya que ellos nos enseñaron a valorar los estudios y a superarnos cada día, también agradecemos a nuestros padres, porque ellos estuvieron en los días más difíciles de nuestras vidas como estudiante. Y agradecemos a Dios por darnos la salud que tenemos, por tener una cabeza con la que podemos pensar muy bien y además un cuerpo sano y una mente de bien

INTRODUCCIÓN

La problemática que versa en este proyecto, se enfoca en la poca disponibilidad que tienen las personas para mantener hidratados los cultivos o jardines domésticos, es decir, evitar que sufran deterioro por falta de hidratación. Esto permite que las personas bajen el nivel de stress y consigan mejorar la salud. Sin embargo, el mantenimiento se torna un problema cuando de regar las plantas se trata, hay quienes deciden contratar personas para el cuidado de sus jardines, otros, ceden tiempo para cuidar sus cultivos, pero no mantienen constancia y termina fallando el control y cuidado de los mismos. Sin embargo, se podría enumerar varios factores como el tiempo, la cantidad de agua que debe suministrar, estos inciden mucho en el cuidado de un cultivo, se hace esencial hacer un uso eficiente de agua mediante riegos tecnificados. Por otra parte, esta propuesta, se centra en el riego automático de los cultivos, empleando tecnología de bajo costo, al servicio de las personas, siendo la idea central integrar la placa Arduino, con sensores de humedad para medir los niveles de hidratación del suelo y sensores de temperatura para medir la humedad del aire, de modo que se active o no la señal que da paso al riego automático. Frente a esto, la propuesta pretende extrapolar la solución y llevarla a esquemas reducidos como los jardines domésticos, donde el terreno y las plantas tienen una limitación considerable. A nivel didáctico, se desea reducir la brecha entre el uso de la tecnología y la formación teórica que reciben las áreas de sistemas computacionales, combinando componentes de la electrónica computacional, con el desarrollo de software. Esta iniciativa, al igual que otras tiende a automatizar sistemas creando centros de control y monitoreo, que optimicen recursos como el tiempo, la mano de obra, entre otros. Para mejorar los procesos, haciéndolos cada vez, más rápidos y eficientes. La electrónica, se encuentra apoyando todos los campos del conocimiento, y de una manera especial al agro. Este proyecto está enfocado al control automático de un sistema de riego que permite que los cultivos permanezcan hidratados y obtengan una mejor calidad de los productos finales. se implementó un paquete tecnológico para el monitoreo ambiental en Invernaderos con el uso de hardware y software libre. Considerando la construcción y adaptación de sensores para medir las variables climatológicas dentro y fuera de un invernadero, la construcción y adaptación de interfaces electrónicas permitieron capturar los valores de los sensores y con el desarrollo de software se logró procesar y organizar los datos para su correcta interpretación. Como fruto de una revisión bibliográfica se encontró que existen diferentes métodos de riego, siendo por goteo, el más utilizado por su bajo coste, consiste en llevar el agua por medio de tuberías de plástico pequeños a lo largo de las hileras de las plantas para proporcionar agua de una manera lenta y localizada gota por gota.

INDICE GENERAL

Pág. 1. INTRODUCCION

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2. CAPITULO I: MARCO TEORICO

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Sistema de riego

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Tipos de riego

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Sistema de riego automatizado

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Como funciona el sistema de riego automatizado

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Componentes utilizados

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3. CAPITULO II: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

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Justificación de la investigación

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Objetivos

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4. CAPITULO III: SOLUCION DEL PROBLEMA

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5. CAPITULO IV: PRUEBAS O SUSTENTACION DEL PROBLEMA

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Tablas de resultados

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6. CAPITULO V: SOLUCION DEL PROBLEMA

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7. CAPITULO VI: RECOMENDACIONES

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8. BIBLIOGRAFIA

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9. APENDICE

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ÍNDICE DE FIGURAS

Pág.

Figura 1.1: SISTEMA DE RIEGO

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Figura 1.2: SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO

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Figura 1.3: SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN

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Figura 1.4: SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN

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Figura 1.5: RELÉ Figura 1.6: VÁLVULA

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Figura 1.7: SENSOR DE HUMEDAD FC28

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Figura 1.8:SENSOR DE TEMPERATURA TIPO SONDA

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Figura 1.9: ARDUINO UNO

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Figura 2.1: CUIDADOS DE UN CULTIVO

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Figura 2.2: DIAGRAMA DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO

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Figura 2.3: PROBLEMÁTICA DEL AGUA

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Figura 6.1: ACOPLE DE UN MODULO BLUETHOOT A UN ARDUINO UNO

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not defined. Figura A.1: DIAGRAMA DEL SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO CON ARDUINO

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Figura A.2: OTROS MODELOS DE SENSORES DE TEMPERTURA

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Figura A.3: PRUEBA DEL SENSOR FC28

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ÍNDICE DE TABLAS

Pág.

TABLA 1 : VALIDACIÓN DE LOS SENSORES DE HUMEDAD Y TEMPERATURA

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TABLA 2 : VALORES OBTENIDOS DEL SENSOR DE HUMEDAD EN TIERRA MOJADA

28

TABLA 3: VALORES OBTENIDOS DEL SENSOR DE HUMEDAD EN TIERRA HUMEDA

28

TABLA 4: VALORES OBTENIDOS DEL SENSOR DE HUMMEDAD EN TIERRA SECA

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TABLA 5: VALORES OBTENIDOS DEL SENSOR DE TEMPERATURA EN TODAS LAS PRUEBAS

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CAPITULO I

1.) MARCO TEORICO:

1.1)

SISTEMA DE RIEGO:

Se denomina Sistema de riego o perímetro de riego, al conjunto de estructuras, que hace posible que una determinada área pueda ser cultivada con la aplicación del agua necesaria a las plantas. El sistema de riego consta de una serie de componentes, aunque no necesariamente el sistema de riego debe constar de todas ellas, ya que el conjunto de componentes dependerá de si se trata de riego superficial (principalmente en su variante de riego por inundación), por aspersión, o por goteo. Por ejemplo, un embalse no será necesario si el río o arroyo del cual se capta el agua tiene un caudal suficiente, incluso en el período de aguas bajas o verano.

FIG1.1 – SISTEMA DE RIEGO

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1.1.2.- Tipos de riego: ● Riego por goteo: El riego por goteo o riego gota a gota es un método de irrigación que permite una óptima aplicación de agua y abonos en los sistemas agrícolas de las zonas áridas. El agua aplicada se infiltra en el suelo irrigando directamente la zona de influencia radicular a través de un sistema de tuberías y emisores. Actualmente se han añadido varias mejoras en los emisores.

FIG 1.2 – SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO

● Goteros autocompensantes Estos emisores ofrecen un caudal fijo dentro de un rango más o menos amplio de presión. La utilidad de estos goteros radica en la capacidad de homogeneización del riego a lo largo de una línea de riego, ya que los últimos emisores de la línea normalmente tienen una menor presión que los primeros debido a la caída de presión por rozamiento del agua con la tubería. ● Goteros antidrenantes Estos goteros se cierran automáticamente al bajar la presión en el sistema de riego, de manera que no ocurre la descarga de la tubería, lo que produce ventajas tales como evitar la entrada de aire al sistema y la bomba de riego no necesita cargar el sistema para empezar a funcionar, por tanto optimiza su uso.

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● Goteros regulables Permiten regular el caudal con un mando mecánico. ● Riego por Aspersión Estos sistemas son los primeros que se desarrollaron en el riego por aspersión. Se dividen a su vez en: Sistemas fijos Se colocan los aspersores en el marco establecido, y el sistema de tuberías puede ser enterrado o bien superficial, quedando como parte saliente y con la altura adecuada el vástago donde irá incorporado el aspersor.

FIG1.3 – SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN

- Sistemas Semifijos Son esencialmente sistemas que se van desplazando de una zona a otra de forma manual o mecanizada mediante un desmontaje rápido del sistema. Dentro de estos sistemas se encuentran las alas de riego y los cañones de riego. Sistemas auto mecanizados Son sistemas automotrices que llevan instalados motores eléctricos o sistemas hidráulicos que permiten su movimiento a lo largo de la superficie de riego. Dentro de estos sistemas se encuentran los sistemas pivotantes de riego, los

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sistemas de desplazamiento lateral (carros de riego) y otras máquinas regadoras. La elección de un sistema u otro se establece según los criterios técnico-económicos que permiten o no su instalación, como son la superficie a regar, la orografía del terreno, el acceso a la electricidad en la finca, etc. El uso de sistemas de irrigación por goteo está muy extendido en cultivos extensivos (cereales, forrajes, patata, remolacha, etc.) y hortícolas. Se utiliza en terrenos con orografía irregular, donde los recursos hídricos son abundantes. Ventajas de la aspersión: ● Tiene un menor consumo de agua que los sistemas de riego por inundación. ● Presenta una gran adaptabilidad a terrenos irregulares, con grandes diferencias de cota en su superficie. ● Permite dosificar el agua con una buena precisión. ● Su distribución sobre el material vegetal depende del viento, aunque a bajas velocidades es muy homogénea. ● Es utilizado para la aplicación de riego antihelada y la aplicación de fitohormonas. ● Riego por Microaspersión: Los Microaspersores están destinados a suministrar el riego mediante gotas muy finas. Poseen un deflector giratorio, denominado rotor o bailarina, que ayuda a ofrecer un mayor diámetro de cobertura, una menor tasa de precipitación que los difusores, un mayor tamaño de gota, y una mejor distribución del agua (sobre todo en uniformidad de distribución). Por Cada tipo de

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microaspersor existen varios tipos de rotores (bailarinas). La diferencia principal con la nebulización es que la microaspersión proyecta en agua en forma de chorros diminutos a la planta, en lugar de suministrarla en forma nebulizada, y a su vez disponen de elementos giratorios que distribuyen el agua en la superficie. 1.2)

SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO: El riego automatico es un sistema para proveer con agua a las plantas del jardin de manera tecnificada, por medio de sistema de aspersion y/o goteo normalmente. Se puede entregar el agua en la ubicacion, cantidad, frecuencia y horario que se desee.

FIG. 1.4 – SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO INDUSTRIAL

1.2.1.-

COMO

FUNCIONA

EL

SISTEMA

DE

RIEGO

AUTOMATIZADO: 

El sensor FC-28 que está enterrado, envía una señal al Arduino, que iniciará todo el proceso de regado por goteo, el Arduino ya estará programado con su respectivo lenguaje, el nivel de humedad para iniciar debe ser de 411 unidades en el higrómetro.

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

El sensor de temperatura también enviará una señal, que deberá trabajar en conjunto con el sensor de humedad, la temperatura para iniciar el sistema debe ser de 38ºC. Con esos datos, se inicia el sistema, primero abriendo la válvula de agua.



El agua ingresa primero por la válvula, esta válvula actúa como cierre de seguridad. Al cerrar esta válvula no va ingresar agua a todo el sistema de riego automático. También puedes cerrar esta válvula para hacer el mantenimiento a todo el sistema de regadío.



El agua sigue su flujo y pasa por el filtro, en este caso es un filtro de malla utilizado para retener los sólidos suspendidos, que hay en el agua, como pueden ser: arenillas, tierra, arcillas; entre otros contaminantes sólidos. Con esto prevenimos las obstrucciones que puedan dañar los equipos o accesorios del sistema automático.



El agua llegará a las plantas por medio de las mangueras, el tipo de riego usado es el riego por goteo.



Cuando la temperatura en la tierra sea de 27ºC, la válvula se cerarrá, deteniendo así el sistema de riego.



También se podrá usar este sistema de manera manual, controlando nosotros mismos el tiempo que permanecerá encendido el sistema de riego.

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1.3)

Componentes utilizados: 1.3.1.- Relé: Plantea que como parte de los actuadores se trabaja con un relé, que es un circuito electrónico que sirve para controlar circuitos que trabajan a tensiones superiores a las del circuito y es el encargado de encender o apagar la válvula.

FIG.1.5 - RELÉ

1.3.2.- Válvulas: Indica que este tipo de son empleados cuando la variable de proceso es de carácter líquido o gaseoso. El principio de funcionamiento consiste en la activación de una bobina solenoide que permite la apertura del muelle de la válvula para que esta se pueda abrir y permitir el paso del líquido o gas. Este mismo autor indica que se puede encontrar dos clases de válvulas solenoides, normalmente cerrada y normalmente abierta.

FIG.1.6 – VÁLVULA

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1.3.3.- Sensores de Humedad y temperatura: Asegura que los sensores de humedad son sensores que miden la humedad relativa y la temperatura de un ambiente. Cuentan con circuitos integrados que les permiten emitir una señal acondicionada.

Fig. 1.7 – sensor de humedad fc28

Fig.1.8 – sensor de temperatura tipo sonda

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1.3.4.- Arduino: “Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (Open-Source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Puede sentir el entorno mediante la recepción de entradas desde una variedad de sensores.” Indica que “el software se puede descargar gratuitamente.

FIG1.9. – ARDUINO UNO

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CAPITULO II

2.) DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Tener algún tipo de cultivo requiere de ciertas atenciones como lo son: podar las plantas, o lo más necesario, regarlas. Todas estas tareas son habituales cuando las personas se dedican a la jardinería o a tener algún cultivo orgánico, pero cuando el usuario por falta de tiempo o por algún viaje que realice no puede cumplir con estas tareas las plantas mueren o simplemente tienden a enfermarse y dejar de dar frutos o florecer. El inadecuado manejo de la temperatura o la humedad en el ambiente puede dar lugar a enfermedades abióticas que van desde deshidratación hasta congelamiento, además de esto pueden presentarse otras enfermedades como hongos que deterioran las plantas. Este prototipo no es capaz de alertar al usuario sobre condiciones en las plantas diferentes a las del estado de humedad de su ambiente, tampoco sobre enfermedades de las mismas. Es generar una solución a la problemática que se presenta con las personas que tienen, jardines, cultivos o grandes invernaderos controlando así la protección de los mismos y garantizando controles de temperatura y humedad capaces de mitigar el daño de las plantas o cultivos, aprovechando la tecnología como interfaz y mecanismo de seguimiento y monitoreo. El agua a pesar de ser un recurso renovable y aparentemente abundante en el planeta, es un bien escaso que se agota, por tal motivo, su utilización para la práctica de los riegos en jardinería debe ser llevada a

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cabo de la forma más eficiente posible, evitando un consumo excesivo. Se prevé que en 2030 el mundo tendrá que enfrentarse a un déficit mundial del 40% de agua en un escenario climático. La cuestión es que hay agua suficiente como para satisfacer las necesidades crecientes del mundo, pero no si no cambiamos radicalmente el modo en que se usa, se maneja y se comparte el agua. La crisis hídrica mundial es una crisis de gobernanza mucho más que de recursos disponibles.

FIG. 2.1. – CUIDADOS DE UN CULTIVO

2.1. FORMULACIÓN DE LA PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN ¿Cómo a través de la plataforma ARDUINO, se puede controlar el sistema automatizado de riego permitiendo minimizar el gasto de recursos naturales? 2.2. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Los avances tecnológicos se pueden mejorar, adaptar o construir para que un sistema sea más práctico, económico que genere un impacto beneficioso al ser humano y mostrase positivamente al medio ambiente. Durante los siglos XVII y XVIII las familias reales europeas de París, Viena

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y Madrid, fueron las principales promotoras de la creación de jardines con un valor a la vez decorativo y científico, promoviendo la aclimatación de especies exóticas y la profundización en el estudio de la ciencia botánica. Este sistema da garantía de mantener las plantas con la cantidad suficiente de agua, la temperatura requerida de acuerdo con el jardín o cultivo. El riego es tan importante para las plantas o cultivos como para las personas, durante toda su vida requieren de cuidados especiales al igual que el ser humano necesita del consumo del agua, las plantas también, aunque en este aspecto hay que prestar especial atención a esta necesidad dado que algunas no requieren de un riego frecuente. Si a una planta no se la riega convenientemente, ésta comenzará a marchitarse, puede sufrir caída de hojas o comienzan a marchitarse. En cambio sí se excede en el riego, las raíces pueden llegar a pudrirse, por ello es muy importante conocer la planta y sus necesidades, para que siempre cuente con su mejor aspecto. El suelo está formado por agregados y poros, cuya distribución constituye su estructura. La cantidad, tamaño y comunicación de los poros determinan la capacidad de retención de agua y sobre todo su velocidad de infiltración. Sin embargo, la estructura puede verse alterada por diversos agentes externos (impacto de gotas de lluvia o riego, tráfico peatonal o rodado, etc.), e internos (tipo de sales predominantes), por lo que el mantenimiento de una buena estructura mantendrá una infiltración adecuada. Es así como la posible composición del suelo y su humedad requiere una medición y control con la posibilidad de realizar un riego exacto, protegiendo y mejorando este sistema con un recurso automatizado.

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2.2.1. Razones Sociales: Orientado a prestar un servicio social a los amantes de las plantas y los dueños de cultivos con la oportunidad de reducir gastos y consumo de recursos naturales, mostrando ambientes increíbles con este novedoso sistema de riego. 2.2.2. Razones Económicas: La implementación de sistemas automatizados trae consigo una inversión inicial que favorece con el tiempo el gasto de dinero y recursos naturales, el prototipo en su primera versión estará implementado en un diseño que mostrará su funcionalidad. El uso de elementos tecnológicos y herramientas como Arduino que permite de forma íntegra generar un producto para satisfacer las necesidades de los seres humanos muestra la viabilidad de llevar a cabo este sistema. 2.2.3. Razones Técnicas: Cada día el mundo va girando más entorno a la tecnología y a todos sus avances, por esta razón es necesario que tareas que son repetitivas puedan automatizarse haciendo así mas fácil el día a día del ser humano. A Pesar de que existen numerosos métodos de riego la gente sigue usando el método convencional ya sea por costos o por falta de conocimiento. Este sistema de riego automatizado busca que más personas puedan acceder a métodos más modernos independientemente del tamaño o tipo de cultivo que tengan. El Prototipo de un Sistema Automatizado de Riego es fácil de instalar y brinda al usuario la tranquilidad de que sus plantas están en óptimas

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condiciones ambientales, su sofisticado sistema hace que reciban la cantidad adecuada de agua y no sufran por encharcamientos o resequedad, sus sensores permiten al programa saber el momento adecuado para activar el sistema, evitando así desperdicios innecesarios de agua o que el usuario esté pendiente del funcionamiento de este.

FIG. 2.2. – DIAGRAMA DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO

2.3) Objetivos 2.3.1. Objetivo General: Diseñar un sistema de riego para la Implementación de cultivos dependiendo del nivel de humedad y temperatura en la tierra sobre la que se encuentra 2.3.2. Objetivos Específicos i. Argumentar bibliográficamente las bases teorías sobre automatización del sistema de riego por goteo. ii. Diagnosticar la situación actual del cultivo para determinar los alcances y limitaciones del sistema de riego automatizado.

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CAPITULO III

3.) SOLUCION DEL PROBLEMA: El riego automático es un sistema para abastecer con agua a las plantas de nuestro jardín de manera automática, por medio de diferentes sistemas como son el goteo o la aspersión. Antes de pensar en un sistema de riego automático como tal, tenemos que conocer los aspectos fundamentales como los metros de tubo que necesitamos o una serie de elementos como son los filtros o el reductor de presión. 3.1: BENEFICIOS

3.1.1.- Ahorro de agua Es muy importante, sobre todo, en zonas de España donde la sequía es un gran problema. El agua es un recurso muy preciado que no debemos malgastar. El sistema de riego automático es un método sencillo y eficiente para conservar nuestras plantas.

FIG. 2.3 – PROBLEMÁTICA DEL AGUA

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El ahorro de agua es importante tenerlo en cuenta en el momento del día en el que exista menos evaporación y así aportar al suelo una cantidad de agua exacta.

3.1.2.- Comodidad Conviene regar las plantas pocas veces con suficiente agua que regarlas con poca agua y muchas veces. Por tanto, el riego automático, es indispensable en todo jardín. Cuando comenzamos a adentrarnos en épocas de calor la dedicación a nuestro jardín será completa. Por eso, dedicarse diariamente a esta tarea puede resultar pesado.

3.1.3.- Humedad constante Debe ser constante y uniforme. Es importante calcular la humedad de las plantas antes de regarlas de nuevo. Algunos sistemas de riego automático tienen una tecnología que identifica el factor de la humedad y se activan solo cuando es necesario.

3.1.4.- Menor perdida de nutrientes El riego ordinario no ayuda a las plantas a continuar con un proceso óptimo de desarrollo. El agua que dedicamos a nuestro jardín no se controla tanto que si fuera a través de un sistema de riego automático. Por lo tanto, el riego sin control provoca la perdida de nutrientes.

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3.2: Aspectos fundamentales en un sistema de riego automático Según la energía requerida en un jardín para la distribución del agua estos son algunos de los sistemas de riego que podemos encontrar:

3.2.1.- Aspersión El agua es distribuida a través de aspersores que producen gotas de agua de diferentes tamaños como si fuera lluvia natural.

3.2.2.- Microaspersión Es una variación del sistema por aspersión anterior. Este sistema permite localizar mejor el agua y que llegue a la planta de forma localizada.

3.3.3.- Goteo El agua es distribuida de manera más localizada que el sistema anterior. A través de goteros o tuberías llegan a la planta de una manera muy efectiva.

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CAPITULO IV

4) PRUEBAS O SUSTENTACION DEL PROBLEMA: El presente, pretende servir de iniciativa para implementar sistemas de riego automático controlado por arduino, donde se procesan los datos capturados por el sensor de humedad notificando, sí la planta requieren o no hidratarse. Se realizaron varias pruebas comprobándose que las lecturas recogidas en el transcurso de este tiempo no eran precisas, por lo que se procedió a calibrar los sensores de tal manera que el sistema, pueda obtener valores más exactos de las señales, llegando así a una segunda versión del producto, donde se observó que ya no habían valores erróneos y no se producía la resequedad, ni la sobre hidratación del sembrío, de esta forma se verifico que el sistema cumplía con el objetivo propuesto. VALIDACION DE LOS SENSORES SENSOR

ACTIVAR RIEGO

DESACTIVAR RIEGO

HUMEDAD

CUANDO: H> 411

CUANDO: H38ºC

CUANDO: T