INTRODUCCIÓN

El consumo de agua no es constante, varía en función a etapa vegetativa de la

planta (floración, producción de granos, et…), también influye la evapotranspiración

del agua que a su vez depende de la altura sobre el nivel del mar en donde se

encuentra la planta. Sin embargo es posible encontrar requerimientos de agua

muchos más precisos, en otros cultivos; una mayor precisión permitirá menos

consuno de agua y mayor calidad y cantidad en la producción de la Quinua.

Construir un interface basado en una plataforma de hardware libre “Arduino” que

controle: La humedad en la raíz de la Quinua con ayuda de tensiómetros, flujo del

agua con apoyo de sensores de contacto para mantener el nivel del agua bajo ciertos

rangos en el tanque de agua y la frecuencia de riego se controlara con las

electroválvulas. Implementar un enlace inalámbrico WIFI que intercambie datos entre

la unidad de supervisión y las unidades remotas de control, relacionados con el

aumento de la eficiencia del riego por goteo en el consumo de agua que consume la

Quinua, entre una “Unidad de Supervisión” y dos “Unidades de Control y Monitoreo”.

Construir una Interfaz hombre maquina utilizando un entorno de programación grafica

VC++ en la “Unidad de Supervisión” para controlar y monitorear el funcionamiento de

las “Unidades de Control y Monitoreo”, para mejorar la gestión del riego por goteo en

la raíz de la Quinua.

Después se confeccionarán varias tablas cada una a diferentes frecuencias de

riego del tanque (FM); Y a diferentes niveles de humedad de la raíz, respetando la

variación recomendada.

1

CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. DETERMINACIÓN DEL PROBLEMA

Las unidades agropecuarias en la provincia de Tayacaja son dispersas: 63.1 % de

las tierras agrícolas están en posesión de las comunidades campesinas y 35.2%

restante de las tierras agrícolas se encuentran fragmentadas (2 a 3 hectáreas); así

mismo hay que precisar que el año 1994 97.7% de las unidades agropecuarias son

de personas naturales, un 0.7% son de las comunidades campesinas1, también en el

año 1994 menos del 1% son terrenos con riego y 11% en secano2 La topografía

sumamente accidentada de los Andes, y los procesos de deforestación y deterioro de

la cubierta vegetal del suelo, disminuye la retención de agua que llega en forma de

lluvia, originando escasez del recurso hídrico. Los efectos de las bajas eficiencias del

riego en la sierra contribuyen especialmente en el proceso de erosión de los suelos,

originando grandes volúmenes de sedimentos que con las lluvias son arrastrados

hacia las partes bajas de las cuencas y empobrecen los terrenos de cultivo. La

humedad del suelo es uno de los factores más importantes que afecta la producción

de las cosechas que varía de acuerdo a la especie y al estado de crecimiento. Para

lograr un riego eficiente que repongan en el suelo la humedad requerida por las

plantas para su desarrollo adecuado, se han desarrollado distintos métodos, uno de

ellos es riego por goteo.

La resistencia a la sequía de la Quinua puede atribuirse en parte a caracteres

morfológicos, como una raíz ramificada y papilas higroscópicas en la cutícula de la

hoja, lo que reduce la transpiración (Canahua, 1997; Espindola, 1986). La Quinua no

soporta el anegamiento, en cuestión de 48 o mas horas se produce la asfixia de 1 Ministerio de vivienda, construcción y saneamiento del Peru Plan de Acondicionamiento Territorial de la Provincia de Tayacaja 2013 – 2032 Noviembre, 2012.2 Ministerio de vivienda, construcción y saneamiento Plan de Acondicionamiento Territorial de la Provincia de Tayacaja 2013 – 2032 Noviembre, 2012.

2

raíces y la marchites de la planta, razón por la cual un buen drenaje del suelo es

importante para el cultiva de la Quinua. (Alejandro Bonifacio Octubre 2006).

Existe cada año mayor demanda de Quinua que se puede confirmar con el

estudio económico realizado por el Banco Central de Reserva, sucursal Huancayo,

concluye que entre enero y mayo 2013, la producción de Quinua en el Perú aumentó

en 9,1 %, destacando los crecimientos en Ayacucho en 117,6 % : (1,450 Tn 2,012-

3,155 Tn 2,013), Junín 225,2 % : (2,012 140 Tn – 456 Tn 2,013), Cusco 67,2 %:

(1,800 Tn 2,012 – 3,010 Tn 2,013), Puno 2,2 %: (30,179 Tn 2,012 – 30,857 Tn 2013).

1.2. FORMULACIÓN DELPROBLEMA

1.2.1. PROBLEMA GENERAL

¿Cómo se puede controlar la humedad en la raíz de la Quinua con riego

por goteo situado en ubicaciones distantes y dispersas; para incrementar la

eficiencia en el riego y ubicados en el lado norte del valle de Pampas?

1.2.2. SUB PROBLEMAS

A.- ¿Cómo monitorear y controlar la humedad en la raíz de la Quinua para

incrementar la eficiencia del riego por goteo?

C.- ¿Cómo intercambiar datos inalámbricamente para monitorear y controlar la

humedad en la raíz dela Quinua con riego por goteo, ubicado el lugares

distantes?

D.- ¿Cómo se puede supervisar el control y monitoreo de la humedad en la raíz

de la Quinua?

1.3. OBJETIVOS

1.3.1. OBJETIVO GENERAL

Supervisar y controlar la humedad en la raíz de la Quinua con riego por

goteo situados en lugares distantes entre ellos, para incrementar la eficiencia

en riego por goteo ubicados en el lado norte del valle de Pampas?

1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

3

A.- Construir un interface basado en una plataforma de hardware libre “Arduino”

que controle: La humedad en la raíz de la Quinua con ayuda de

tensiómetros, flujo del agua con apoyo de sensores de contacto para

mantener el nivel del agua bajo ciertos rangos en el tanque de agua y la

frecuencia de riego se controlara con las electroválvulas.

B.- Implementar un enlace inalámbrico WIFI que intercambie datos entre la

unidad de supervisión y las unidades remotas de control, relacionados con

el aumento de la eficiencia del riego por goteo en el consumo de agua que

consume la Quinua, entre una “Unidad de Supervisión” y dos “Unidades de

Control y Monitoreo”.

C.- Construir una Interfaz hombre maquina utilizando un entorno de

programación grafica VC++ en la “Unidad de Supervisión” para controlar y

monitorear el funcionamiento de las “Unidades de Control y Monitoreo”, para

mejorar la gestión del riego por goteo en la raíz de la Quinua.

1.4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1. CIENTÍFICA

El valle de Pampas se encuentra a los 3200 metros sobre el nivel del mar

y prácticamente no existen estudios sobre riego automatizado en terrenos

agrícolas sobre los 3000 metros, el presente estudia busca viabilizar el

incremento de la producción agrícola reduciendo al máximo el consumo de

agua mejorando la calidad de los granos andinos, apoyándose en tecnologías

actuales.

1.4.2. ECONÓMICA

El incremento de la eficiencia del riego por goteo reducirá el consumo del

agua, permitiendo ampliar la extensión de terrenos agrícolas que se podría

regar. Al entregar la cantidad necesaria de agua que requiere la Quinua mejora

producción en cantidad y calidad. En la actualidad la demanda de la Quinua a

nivel nacional e internacional está incrementando permanentemente año tras

año y en la actualidad está recibiendo un especial interés del gobierno peruano

4

la promoción del consumo como alimento. Por lo tanto producirá una mejora

económica en los productores agrícolas.

1.4.3. TECNOLÓGICA

Se comprobará la utilidad de la tecnología de comunicación de redes WIFI

en modo WDS (Sistema Distribuido Inalámbrico), sistemas de desarrollo de

hardware libre Arduino y el uso de Interfaz hombre maquina utilizando un

entorno de programación grafica VC++; También los sensores de tensión de

humedad del suelo llamados tensiómetros y electroválvulas para controlar el

flujo de agua en terrenos de cultivo con riego por goteo.

1.5. LIMITACIONES Y FACILIDADES

La principal limitación, es que el presente trabajo está orientado a la Ingeniería

Electrónica y no se podrá analizar con mayor precisión las variables relacionados con

la agronomía; solo consideramos la variable agronómica humedad en la raíz de la

Quinua; También la otra limitación es que no existen estudios sobre el requerimiento

de humedad en la raíz de la Quinua a lo largo de su ciclo biológico, por lo general

requiere más humedad en la raíz cuando florece y cuando se inicia la producción de

las semillas. Finalmente la limitación económica no permitirá sembrar Quinua en

terrenos agrícolas reales.

La facilidades con se podria contar es con los ambiente y apoyo económico, que

nos podría proveer la Municipalidad Provincial de Tayacaja del cual la ciudad de

Pampas es la capital y se encuentra al medio del valle del mismo nombre. Dicha

municipalidad tiene un especial interés en proyectos relacionados con el incremento

de la productividad agrícola.

5

CAPITULO II

FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1. ANTECEDENTES DEL ESTUDIO

2.1.1. “Implementación de un Diseño de Puente Inalámbrico Punto Multipunto

para la Mejora de la Interconexión de las Áreas de la Empresa Plástico RIMAC

SRL”. Tesis para optar el título de Ingeniero de Sistemas y Computación de

Ochoa Saavedra CESAR RAMIRO. Chiclayo mayo de 2012. Facultada de

Ingeniería de la Universidad Católica Santo Toribio de Mogrovejo

Este proyecto de investigación se realizó en la empresa plásticos RIMAC

SRL la cual se dedica al sector comercial y en la cual encontramos una serie de

problemas en lo que se refiere a la obtención de la información, debido a que no

puede contar con la información que requiere en el momento oportuno como

precios, stock, productos nuevos, etc. Actualmente esta empresa no cuenta con

una implementación adecuada de comunicación. Todo lo tiene documentado

físicamente archivado; retrasando así sus labores y en ciertas ocasiones esto

genera un gasto adicional como en llamadas, transporte, fotocopias, etc.

Como fuente de información por parte de los administrados se determinó

que la gran mayoría de proveedores de la empresa usan el internet como medio

de comunicación.

Es por ello que la propuesta de un puente inalámbrico punto multipunto

permitirá la mejora de la interconexión de las áreas de la empresa plásticos S. R.

L.

6

Entonces con el estudio realizado sobre el análisis de la red actual y

equipos con los que cuenta la empresa, se logró proponer un diseño de red que

cumpla con los requisitos necesarios para su correcta interconexión con las

demás sucursales y lograr así reducir gastos generados por el uso de servicios

como el internet teléfono y pasajes de transportes de las áreas de la empresa

para el envío de información.

Todo esto demostrara la gran importancia que tienen las redes inalámbricas

en las empresas que deseen implementar esta tecnología siguiendo una

metodología, la cual nos permita llegar a la elección del mejor enlace con los

equipos adecuados y teniendo en cuenta las leyes que rigen en nuestra nación.

Con todo este estudio realizado se logró concluir que se obtuvo una

reducción en los gastos en la sección de presupuestos se determina la

reducción aproximada y en base al tiempo es rentable y beneficia también en el

tiempo pues para desempeñar mejor las labores denlos trabajadores de la

empresa estudiada de acuerdo al área de trabajo que se encuentren .

2.1.2. DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO CONTROLADO Y

AUTOMATIZADO PARA UVA ITALIA. Tesis para optar el Título de Ingeniero

Electrónico, José Carlos Cruz Concha, Pontificia Universidad Católica del Perú,

Facultad de Ciencias e Ingeniería. Lima, Perú. Noviembre del 2009.

La escasez y la inadecuada utilización de los recursos hídricos en el

proceso de riego de los cultivos en general y específicamente el método de

riego por inundación utilizado para las plantaciones de uva, generan mayores

costos de producción a los medianos y pequeños agricultores del país. La

cantidad de agua utilizada se puede reducir gracias a técnicas de riego

tecnificado que nos permiten obtener control sobre la utilización de este

recurso. El presente trabajo de investigación y desarrollo tiene por objetivo

principal reducir la cantidad de agua utilizada en el proceso de riego de una

chacra ubicada en sector Pampa de Ñoco distrito de Grocio Prado, provincia

de Chincha en el departamento de Ica. Se propone la solución mediante el

diseño de un sistema de riego por goteo controlado y automatizado en base a

un algoritmo de control desarrollado en un microcontrolador y que responde a

7

una estrategia de control que realiza una acción diferente para los 5 rangos de

trabajo en los que se ha divido la variable controlada (presión), por lo tanto el

sistema realiza 5 acciones diferentes de acuerdo a la medición del sensor de

presión.

El objetivo del sistema es medir la presión de vacío (variable controlada)

ejercida dentro del sensor de presión, transformar la variable física en una

señal eléctrica, la cual es acondicionada para la transmisión y posterior

procesamiento de la información, una vez procesada, el controlador decide

que acción realizar mediante la apertura y cierre de una válvula proporcional

(actuador del sistema), ésta limita el flujo de agua (variable manipulada) que

va a ser aplicada al campo de cultivo. Como interfaz para el usuario, se

desarrolla un software de monitoreo basado en el programa Labview, este

permite visualizar la variable controlada del sistema en un ambiente amigable,

se utiliza el estándar de comunicación RS 232 para la interacción entre el

microcontrolador y el software de monitoreo, este programa se puede

implementar sobre cualquier computador personal, no requiere de hardware

especializado. Así pues el sistema integra elementos electrónicos con

elementos comúnmente utilizados en cualquier proceso de riego como

tuberías y mangueras.

Se logró diseñar e implementar el sensor de presión diferencial basado en

la deformación de una galga extensiométrica debido a la presión ejercida; se

diseña e implementa el amplificador de señal del transductor, basado en un

arreglo de puente Wheatstone, que convierte dicha variable física en una señal

eléctrica (voltaje), se diseña la etapa de conversión de voltaje a corriente en el

estándar industrial de 4 a 20 mA para la transmisión de la señal hacia el

microcontrolador, que por obvias razones debe estar alejado de los elementos

de campo y alojado en un lugar que garantice el correcto funcionamiento del

mismo distante de la humedad, exposición al sol, etc. Se realiza la

implementación del algoritmo de control en el microcontrolador Atmega 8 de

Atmel, se selecciona la válvula de control proporcional para el sistema, así

cómo de los elementos accesorios del mismo como mangueras, goteros,

tuberías. Se desarrolla el software de monitoreo de la variable controlada

como interfaz con el usuario.

8

2.1.3. MODELO PARA ESTIMAR EL RENDIMIENTO DE MAÍZ EN FUNCIÓN DE LA

HUMEDAD DEL SUELO. Inzunza-Ibarra, Marco A.;Villa-Castorena, Magdalena;

Catalán-Valencia, Ernesto A.; Mendoza-Moreno, S. Felipe TERRA

Latinoamericana, Vol. 24, Núm. 2, abril-junio, 2006, pp. 179-185 Universidad

Autónoma Chapingo México.

Introducción: El maíz para grano es el cultivo más importante en México, ya

que representa la base de la alimentación y cubre, en forma aproximada, 59

por ciento del área total cultivada. Sin embargo, se tiene una producción

deficitaria porque de las 8.5 millones hectáreas sembradas en México, 7.5

millones se establecen en condiciones de temporal con un rendimiento medio

de 1.5 t ha y únicamente un millón en condiciones de riego, con un

rendimiento promedio de 3.5 t ha. Esta productividad se considera inferior a su

potencial, ya que, de acuerdo con resultados de investigación, las variedades

de maíz actuales son capaces de producir más de 10 t ha-1 de grano. En la

Comarca Lagunera, la superficie promedio sembrada con maíz en los últimos

diez años fue de 35 400 ha, con un rendimiento medio de 2.32 t ha.

Considerando el potencial del cultivo, así como la tecnología disponible, el

maíz puede representar una alternativa rentable para el productor regional y

contribuir para disminuir la dependencia alimentaria del extranjero. Para lograr

esto, se requiere optimizar las diversas prácticas de manejo de los sistemas

productivos entre las que destaca el riego, el cual debe ser aplicado en el

momento oportuno y con la cantidad de agua necesaria para satisfacer el

requerimiento para un rendimiento óptimo. Uno de los enfoques clásicos para

optimizar el riego consiste en analizar la respuesta del cultivo a diferentes

grados de estrés hídrico, como el contenido de humedad y el potencial mátrico

del agua del suelo. Con base en lo anterior, el objetivo de este estudio fue

obtener un modelo para estimar el rendimiento del maíz en función de la

tensión de humedad del suelo en dos períodos de desarrollo de este cultivo.

Resumen: El objetivo de este estudio fue obtener un modelo matemático para

estimar el rendimiento de grano del maíz en función del contenido de humedad

9

del suelo en el momento del riego, expresado como la tensión de humedad o

potencial mátrico del agua del suelo, en dos períodos de desarrollo del cultivo:

desde la siembra hasta el inicio de la floración, y desde el inicio de la floración

hasta la madurez fisiológica. La metodología consistió en inducir diferentes

grados de abatimiento de la humedad disponible en el suelo durante cada uno

de los periodos de desarrollo considerados. Los grados de abatimiento de la

humedad del suelo para cada tratamiento se definieron con base en un diseño

factorial incompleta de tratamientos utilizando la matriz cuadrado doble. Los

resultados mostraron que el modelo lineal de segundo orden, o modelo

cuadrático, fue el que mejor representó la relación entre el rendimiento de

grano de maíz y la tensión de humedad en el momento del riego. De este

modelo se dedujo que es posible obtener una producción de grano máxima de

8.1 t ha-1 cuando se riega el cultivo a una tensión de humedad del suelo de -

0.66MPa desde la siembra hasta el inicio de la floración, y a una tensión de

humedad de -0.23 MPa desde el inicio de la floración hasta la madurez

fisiológica. También se dedujo que se requiere de una lámina de agua de 79.4

cm en su ciclo vegetativo para obtener el rendimiento de grano máximo.

2.2. FUNDAMENTACIÓN ONTOLÓGICA.

El presente estudio pretende que los productores agrícolas del valle de Pampas

se familiaricen con las tecnologías que incrementan la productividad de la Quinua e

inviertan en mejorar y ampliar sus sistemas de producción, ya sea mediante

asociación de productores o agricultores individuales.

2.3. FUNDAMENTACIÓN METODOLÓGICA.

El objetivo es ahorrar lo máximo posible el agua que requiere la Quinua para su

adecuado crecimiento, la culminación de este objetivo inicial validará la metodología

que se utilizará.

2.4. FUNDAMENTACIÓN EPISTEMOLÓGICA.

10

Se consolidará procedimientos de estándares para formular los sustentos del

presente estudio para aumentar la eficiencia en el consumo de agua en la raíz de la

Quinua.

2.5. PRINCIPIOS, LEYES, TEORÍAS, QUE FUNDAMENTAN LA TESIS

2.5.1. TENSIÓMETRO3

El tensiómetro mide la tensión o la succión del agua del suelo. Este

instrumento consiste de un tubo de plástico lleno de agua y herméticamente

cerrado, equipado con un manómetro de vacío en la parte superior y una

capsula de cerámica porosa en el extremo inferior (Figura N° 1).

Funcionamiento: El agua se mueve desde el tubo del tensiómetro a través de

la cápsula de cerámica hacia el suelo en respuesta a la succión del agua del

suelo (cuando el agua se evapora del suelo o cuando la planta extrae agua del

suelo). El agua también se puede mover desde el suelo al tensiómetro durante

el riego. A medida que el tensiómetro pierde agua, se genera un vacío en el

tubo y éste es registrado por el manómetro. La mayoría de los tensiómetros

tienen un manómetro graduado de 0 a 100 (centibars, cb, o kilopascales, kPa).

Una lectura de 0 indica un suelo saturado. Conforme el suelo se seca, la

lectura en el medidor aumenta. El límite funcional del tensiómetro es de

aproximadamente 80 cb. Más allá de esta tensión, el aire entra a través de la

cápsula de cerámica y provoca la falla del instrumento. Por lo tanto, estos

instrumentos son más prácticos en suelos arenosos y con cultivos sensibles a

la sequía, ya que éstos tienen un rango de manejo de la humedad del suelo

menos amplio. Durante el riego, el agua retorna al tensiómetro y la lectura del

manómetro se aproxima a 0. Algunos tensiómetros están equipados con

pequeñas reservas de agua para reemplazar esta agua y reducir el

mantenimiento requerido. Instalación y lectura: Antes de instalar el

tensiómetro, se debe mojar el instrumento en un recipiente con agua durante 2

ó 3 días. Luego se deben dar los siguientes pasos:

1.- Saturar el filtro de cerámica con agua para eliminar cualquier burbuja de

Aire. 2.- Llenar el tubo con agua destilada, coloreada y tratada con alguicida;

3.- J. Enciso, D. Porter, X. Périès; Uso de Sensores de Humedad del Suelo para Eficientizar el Riego; Sistema Universitario Texas A&M; Estados Unidos Texas 2007.

11

Remover las burbujas de aire (del tubo y del manómetro de vacío) golpeando

suavemente la parte superior del tensiómetro. 3.- Vaciar el aire del tubo del

tensiómetro con una bomba manual de vacío hasta que el manómetro indique

una lectura de 80-85. 4.- Sellar la tapa adecuadamente. 5.- Comprobar que la

lectura que se obtiene en el manómetro cuando la punta del tensiómetro se

sumerja en agua indique 0 centibars. 6.- Instalar el tensiómetro cuidando que la

cápsula de cerámica esté a la profundidad de la zona de raíces del suelo. Se

necesitan dos tensiómetros en cada sitio (Figura N°2 y Figura N°3). Para

cultivos con raíces superficiales tales como las hortalizas, se debe instalar un

tensiómetro a 6 pulgadas y otro a 12 pulgadas de profundidad. Para cultivos

con raíces más profundas, se debe instalar un tensiómetro a 12 pulgadas y otro

a 24 o a 36 pulgadas. 7.- Usar una broca de 7⁄8 o que tenga el mismo diámetro

que el tubo del tensiómetro para perforar un agujero a la profundidad deseada

(menos la altura del extremo de la cerámica). Termine el agujero inicial con una

sonda de diámetro más pequeño y empuje el tensiómetro para colocarlo en el

lugar. La precisión de la lectura depende del buen contacto del dispositivo con

el suelo. 8.- Tape bien el agujero y vierta agua alrededor del tensiómetro para

mejorar su contacto con el suelo, acumule de 3 a 4 pulgadas de tierra alrededor

del tubo. También se puede rellenar el agujero con lodo del mismo suelo,

vertiéndolo dentro del agujero antes de colocar el tensiómetro.

Figura N°1

PROFUNDIDAD DE TENSIÓMETRO4 (cm.)

4.- M. Goyal, J. Santaella y L. Rivera. Manejo de Riego Por Goteo; Capítulo V: El Tensiómetro: Su Uso, Instalación y Mantenimiento. , Universidad de Puerto Rico. Mayagüez, Puerto Rico. Consultado el 08-02-

12

Tipo de Maiz Superficial ProfundidadMaíz Dulce 30 75Maíz de Campo 45 90

Tabla N°1,- Profundidad de tensiómetro.

PROFUNDIDAD RECOMENDADA5 (cm.)Cultivos Superficial Profundo

Aguacate, albaricoquero, ciruelo, kiwi, manzano. 30 60Almendra, olivo, viña 45 90Alcachofa, berenjena, col, coliflor, granos, maíz, 30 60Clavel, fresa, lechuga 15 30Alfalfa, algodón, industriales 30 60

Tabla N°2.- Profundidad recomendada del tensiómetro.

2.5.2. EL RIEGO AGRÍCOLA, PROGRAMACIÓN Y CONTROL6

Se define el riego como el aporte artificial de agua a la tierra, con el fin de

suministrar a las especies vegetales la humedad necesaria para su desarrollo.

Se complementa esta definición, al considerar que el riego sigue los siguientes

objetivos: compensar deficiencias de humedad en el suelo, mejorar las

condiciones ambientales del suelo y el cultivo, y aplicar nutrientes y medios

protectores.

Para que el riego sea eficiente, uno de los factores más importantes es la

correcta programación del mismo. La programación del riego corresponde al

conjunto de procedimientos técnicos que permiten decidir cuándo y cuánto

regar. La primera pregunta define el periodo de riego, esto es el tiempo

transcurrido entre el inicio de dos riegos consecutivos, y la segunda pregunta

implica definir la dosis o lámina a aplicar, es decir la cantidad de agua que el

sistema de riego deberá suministrar en cada periodo. Existen distintos métodos

para determinar la programación del riego, generalmente están basados en la

medición o estimación de variables ambientales (temperatura, presión,

radiación solar, dirección y velocidad del viento, estimación de la

2013 en http://www.ece.uprm.edu/~m_goyal/gota2006/cap05tensiometro.pdf.5.- Irrometer Company. Tesiometro Irrometer: De baja tensión para medir humedad Infoagro Systems, Madrid, España consuktado el dia 07-02-2013 en http://www.infoagro.com/instrumentos_medida/medidor .asp?id=6439&_tensiometro_de_baja_tension_para_medir_la_humedad_en_sustrato__turba__compost_tienda_on_line. 6.- F. Capraro, S. Tosetti, D. Patiño, C. Schugurensky, F. Vita, R. Fullana, P. Campillo; Ambiente de Simulación, Monitoreo y Control Remoto de un Sistema de Riego por Goteo; Instituto de Automática (INAUT) - Universidad Nacional de San Juan; San Juan. Argentina.2009.

13

evapotranspiración), monitoreo en el crecimiento y desarrollo del cultivo o

fitomonitoreo (tamaño del fruto, tamaño del tallo, flujo de savia, índice de estrés

hídrico), y/o la medición de variables en el suelo.

La programación del riego es efectuada a campo mediante la utilización de

un controlador de riego. La estructura del controlador pueden diferenciarse

entre: (i) lazo abierto (Figura N°4) o (ii) lazo cerrado (Figura N°5). En los

sistemas de riego presurizado, como lo es el riego por goteo o con micro-

aspersores, la acción de control consiste en abrir y cerrar una válvula

solenoides que permiten la circulación o corte de agua respectivamente. Las

válvulas de riego son comandadas a distancia de manera eléctrica o hidráulica.

Comercialmente es muy común encontrar controladores de riego a lazo

abierto, denominados temporizadores de riego. Son dispositivos mecánicos o

electrónicos que aplican dosis de riego iguales en periodos de tiempo

constantes. La principal desventaja que presentan estos sistemas radica al

momento de determinar la programación, ya que la misma está basada sobre

predicciones indirectas del consumo de agua por el cultivo. Cualquier variación

diaria de las condiciones ambientales que modifique el consumo de agua de la

planta no son consideradas por el controlador, por lo tanto pueden ocurrir

situaciones momentáneas de exceso o déficit de agua. Otra desventaja es la

dificultad de implementar estrategias de riego deficitario controlado, debido a la

imposibilidad de ajustar en forma precisa las dosis de riego para los diferentes

niveles hídricos deseados.

En la configuración de lazo cerrado, también conocido como control

realimentado, el controlador determina el próximo periodo y dosis en función de

la medición de una o más variables involucradas en el sistema suelo-planta-

atmósfera. Según se presenta en la Figura N°5, el controlador de riego es

capaz de monitorear de forma continua los niveles de humedad del suelo y

ajustar el suministro de agua en periodos cortos y aplicaciones muy diferentes

a fin de mantener constante el nivel de humedad. Las necesidades de riego

serán medidas a intervalos frecuentes pero el agua solo será aplicada cuando

el controlador de riego lo indique a fin de mantener la humedad cercana al valor

de referencia.

14

Figura N°2.- Controlador en lazo cerrado.

Figura N°3.- Controlador en lazo abierto.

2.5.3. EFICIENCIA DE APLICACIÓN (TÉCNICAS DE RIEGO)7

Del volumen total de agua destinada a riego que sale de un punto de

suministro (p.e. embalse o pozo) no todo va a ser aprovechado por las plantas,

sino que parte no llegará a su destino por diversas causas. La relación entre

estas dos cantidades de agua (la que sale del punto de suministro y la que

realmente aprovechan las plantas) es lo que se denomina eficiencia de

aplicación. Se expresa mediante un porcentaje. Una eficiencia del 75% indica

que del total del agua bombeada por un pozo sólo el 75% la tomarían las

plantas y el 25% restante tendría destinos diferentes (Figura N°6). En el

proceso de riego, las pérdidas ocurren en diferentes momentos, pudiendo

clasificarse en los siguientes grupos:

1. Pérdidas de transporte. Son las habidas en las conducciones, desde el

punto de suministro hasta la parcela de riego. Aquí se incluyen desde las fugas

en tuberías y canales hasta la evaporación en el caso de las conducciones

abiertas.7.- A. Lop y C. Peiteado de WWF/Adena, V. Bodas de Aliara; Curso de riego para agricultores: Proyecto de autogestión del agua en la agricultura. WWF Marzo 2005.

15

2. Pérdidas de aplicación. Engloba a todas las que tienen su origen en la

instalación dentro de la parcela de riego. Cabe mencionar tanto las fugas de

tuberías como la evaporación que, bajo condiciones de viento y altas

temperaturas, tiene lugar en el chorro de los emisores, en las hojas mojadas

del cultivo o en la lámina superficial de agua.

3. Pérdidas en el suelo. Una vez en el suelo, el agua puede escurrir al

superarse su capacidad de infiltración o al encontrase saturado, e incluso

escapar de la profundidad de acción de las raíces percolando a capas

profundas. Al igual que ocurre con la uniformidad, la eficiencia de aplicación es

una característica propia de cada instalación. En la eficiencia se incluye el

diseño de la instalación, su mantenimiento y su manejo, siendo más fácil

conseguir altas eficiencias de aplicación con unos sistemas de riego que con

otros (Figura N°6).

Tabla N°3.- Eficiencia de los sistemas de riego.

2.5.4. ESTÁNDARES EN TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS8

El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos IEEE es una

organización internacional sin fines de lucro, líder en el campo de la promoción

de estándares internacionales, particularmente en el campo de las

telecomunicaciones, la tecnología de información y la generación de energía.

IEEE tiene en su haber 900 estándares activos y otros 400 en desarrollo.

Algunos de los productos del IEEE más conocidos son el grupo de estándares

para redes LAN/MAN IEEE 802 que incluye el de Ethernet (IEEE 802.3) y el de

redes inalámbricas (IEEE 802.11).

8.- A. Escudero. Unidad 02 Estándares en Tecnologías Inalámbricas: Basado en el trabajo original de: Bruno Roger / ESMT; Traducido por Asociación Civil Nodo. TRICALCAR – Versión final. Octubre 2007. Consultado el 09-02-2013 en http://www.itrainonline.org/itrainonline/mmtk/wireless_es/files/02_es_estanda res-inalambricos_guia_v02.pdf

16

IEEE 802 LAN/MAN: EEE 802 es una familia de estándares referentes a redes

de área local (LAN) y metropolitanas (MAN). Por definición los estándares IEEE

802 se restringen a redes que transportan paquetes de tamaño variable (en

contraste con las redes basadas en celdas de tamaño uniforme como ATM

“Asynchronous Transfer Mode”). Todos los servicios y protocolos especificados

en IEEE 802 se relacionan con las dos capas más baja del modelo OSI, la capa

física y la capa de enlace de datos. La familia de estándares IEEE 802 es

mantenida por el comité de estándares LAN/MAN (LMSC) del IEEE que

establece un grupo de trabajo individual para cada una de las 22 áreas que

incluye. El IEE802.11 (LAN inalámbricas) y el IEEE 802.16 (Acceso Inalámbrico

de Banda Ancha) son dos de esas áreas.

IEEE 802.11 tradicional (Redes de Área Local Inalámbricas): El IEEE

802.11 puede considerarse para “Ethernet inalámbrica”. El estándar original

IEEE 802.11 lanzado en 1997 especifica CSMA/CA (Carrier Sense Multiple

Access/Collision Avoidance –Acceso Múltiple por Detección de

Portadora/Limitación de Colisiones-) como método de acceso al medio,

parecido al utilizado por Ethernet. Todas las enmiendas del IEEE 802.11 son

basadas en el mismo método de acceso. Sin embargo, CSMA/CA es un

método de acceso muy ineficaz puesto que sacrifica ancho de banda para

asegurar una transmisión confiable de los datos. Esta limitación es inherente a

todas las tecnologías basadas CSMA, incluyendo la CSMA/CD utilizada en

Ethernet. Además, IEEE 802.11 especifica tasas de datos de 1 y 2 Mbps,

transmitidas vía infrarrojo (IR) o 2.4GHz. Aunque no hay implementaciones

basadas sobre IR, todavía permanece como parte del estándar original. Un

puñado de productos comerciales usaron la especificación original del IEEE

802.11 pero pronto fueron reemplazada por productos que implementan IEEE

802.11b cuando la “enmienda b” fue ratificada en 1999.

Confusión de nombres: IEEE 802.11 es llamado de varias maneras tales

como Wi-Fi, Wireless-Fidelity, WLAN, Wireless LAN y IEEE 802.11x.

Trataremos de aclarar esta confusión de nombres antes de comenzar con las

diversas enmiendas (versiones) del estándar IEEE 802.11:

A. Wi-Fi es una “marca” que es licenciada por la alianza Wi-Fi para los

productos que cumplen los requerimientos para la interoperabilidad entre

17

productos basados en el estándar IEEE 802.11. En otras palabras, una red

Wi-Fi es una red que adhiera al estándar IEEE 802.11. El nombre Wi-Fi es

hoy en día de uso general en vez de “IEEE 802.11” de la misma forma que

Ethernet se está utilizando para “IEEE 802.3”. Al contrario de lo que muchos

creen, Wi-Fi no es una abreviatura de “Wireless Fidelity”. Fue utilizado al

principio por la alianza Wi-Fi en una línea de la etiqueta. que decía: “El

estándar para Wireless Fidelity” pero luego esta leyenda fue quitada de los

productos en comercialización.

B. Wireless LAN o WLAN es comúnmente usado como el nombre para

cualquier red de área local inalámbrica que utilice las ondas de radio como

portadora. Wireless LAN es también el nombre alternativo del estándar de

IEEE 802.11 usado por el IEEE.

C. IEEE 802.11x es usado algunas veces para referirse a todo el grupo de

estándares dentro del IEEE 802.11 (b, a, g, etc.). El mismo nombre es

algunas veces usado para referirse al grupo de estándares en desarrollo

dentro de la familia del IEEE 802.11 y algunos que están en desarrollo y no

han sido aprobados por el momento. Y, el nombre también se confunde a

menudo con los estándares IEEE 802.1x para el control de acceso a la red

basada en puertos. Sin embargo, no hay estándar o grupo de tareas

llamado “802.11x”. Para evitar confusión le sugerimos que tenga cuidado al

usar el término IEEE 802.11x.

IEEE 802.11 (Aspectos técnicos): El estándar 802.11 para redes LAN

inalámbricas incluye una serie de enmiendas. Las enmiendas contemplan

principalmente las técnicas de modulación, gama de frecuencia y la calidad del

servicio (QoS). Como todos los estándares 802 del IEEE, el IEEE 802.11 cubre

las primeras dos capas del modelo de OSI (Open Systems Interconnection), es

decir la capa física (L1) y la capa de enlace (L2).

Técnicas de Modulación: Un aspecto importante que influencia la

transferencia de datos es la técnica de modulación elegida. A medida que los

datos se codifican más eficientemente, se logran tasas o flujos de bits mayores

dentro del mismo ancho de banda, pero se requiere hardware más sofisticado

para manejar la modulación y la demodulación de los datos. La idea básica

detrás de las diversas técnicas de modulación usadas en IEEE 802.11 es

18

utilizar más ancho de banda del mínimo necesario para mandar un “bit” a fin de

conseguir protección contra la interferencia. La manera de esparcir la

información conduce a diversas técnicas de modulación. Las más comunes de

estas técnicas se presentan abajo.

A. FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum – Espectro Esparcido por

Salto de Frecuencia): FHSS se basa en el concepto de transmitir sobre

una frecuencia por un tiempo determinado, después aleatoriamente saltar a

otra, ej.: La frecuencia portadora cambia durante el tiempo o el transmisor

cambia periódicamente la frecuencia según una secuencia preestablecida.

El transmisor envía al receptor señales de sincronización que contienen la

secuencia y la duración de los saltos. En el estándar IEEE 802.11se utiliza

la banda de frecuencia (ISM) que va de los 2,400 hasta los 2,4835 GHz, la

cual es dividida en 79 canales de 1 MHz y el salto se hace cada 300 a

400ms. Los saltos se hacen alrededor de una frecuencia central que

corresponde a uno de los 14 canales definidos. Este tipo de modulación no

es común en los productos actuales.

B. DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum – Espectro Esparcido por

Secuencia Directa): El DSSS implica que para cada bit de datos, una

secuencia de bits (llamada secuencia seudoaleatoria, identificada en inglés

como PN) debe ser transmitida. Cada bit correspondiente a un 1 es

substituido por una secuencia de bits específica y el bit igual a 0 es

substituido por su complemento. El estándar de la capa física 802.11 define

una secuencia de 11 bits (10110111000) para representar un “1” y su

complemento (01001000111) para representar un “0”. En DSSS, en lugar de

esparcir los datos en diferentes frecuencias, cada bit se codifica en una

secuencia de impulsos más cortos, llamados chips, de manera que los 11

chips en que se ha dividido cada bit original ocupan el mismo intervalo de

tiempo. Esta técnica de modulación ha sido común desde el año 1999 al

2005.

C. OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing – Modulación por

División de Frecuencias Ortogonales): OFDM, algunas veces llamada

modulación multitono discreta (DMT) es una técnica de modulación basada

en la idea de la multiplexación de división de frecuencia (FDM). FDM, que

19

se utiliza en radio y TV, se basa en el concepto de enviar múltiples señales

simultáneamente pero en diversas frecuencias. En OFDM, un sólo

transmisor transmite en muchas (de docenas a millares) frecuencias

ortogonales. El término ortogonal se refiere al establecimiento de una

relación de fase específica entre las diferentes frecuencias para minimizar la

interferencia entre ellas. Una señal OFDM es la suma de un número de

subportadoras ortogonales, donde cada subportadora se modula

independientemente usando QAM (modulación de fase y amplitud) o PSK

(modulación de fase). Esta técnica de modulación es la más común a partir

del 2005.

Frecuencia: Los estándares 802.11b y la 802.11g usan la banda de los 2,4

GHz ISM (Industrial, Científica y Médica) definida por la UIT. Los límites

exactos de esta banda dependen de las regulaciones de cada país, pero el

intervalo más comúnmente aceptado es de 2.400 a 2. 483,5 MHz. El estándar

802.11a usa la banda de los 5 GHz UNII (Unlicensed-National Information

Infrastructure) cubriendo 5.15-5.35 GHz y 5.725-5.825 GHz en EEUU. En otros

países la banda permitida varía, aunque la UIT ha instado a todos los países

para que vayan autorizando la utilización de todas estas gamas de frecuencias

para redes inalámbricas.

La banda sin licencia de los 2.4 GHz se volvió últimamente muy “ruidosa”

en áreas urbanas, debido a la alta penetración de las WLAN y otros

dispositivos que utilizan el mismo rango de frecuencia, tal como hornos de

microondas, teléfonos inalámbricos y dispositivos Bluetooth. La banda de los 5

GHz tiene la ventaja de tener menos interferencia, pero presenta otros

problemas debido a su naturaleza. Las ondas de alta frecuencia son más

sensibles a la absorción que las ondas de baja frecuencia. Las ondas en el

rango de los 5 GHz son especialmente sensibles al agua, a los edificios

circundantes u otros objetos, debido a la alta absorción en este rango.

2.5.5. REGULACIÓN DEL ESPECTRO9

9.- Diputación de Badajoz: Jornada WIFI. Las Tecnologías WIFI y WIMAX: Regulación del Espectro. España; Badajoz, 2005. Consultado el día 07/02/2013 en http://www.dip-badajoz.es/agenda/tablon/ jornadaWIFI/doc/tecnologias_wifi_wmax.pdf.

20

Las bandas de frecuencia utilizadas mayoritariamente por las redes sin

hilos y especialmente por los equipos Wi-Fi son las de 2,4 y 5 GHz, que están

clasificadas como uso común compartido. La caracterización como uso común

permite que diversos operadores o usuarios puedan utilizar de forma

simultánea estas frecuencias, de acuerdo con unas normas establecidas por la

regulación para mitigar las posibles interferencias entre emisiones. Para la

operación en estas bandas dentro de las limitaciones establecidas en la

legislación española, no se exige disponer de licencia de uso del espectro, a

diferencia de otras bandas de frecuencia. En todo caso, el hecho de que no sea

necesario disponer de licencia para operar no implica que la utilización de esta

banda no esté sujeta a condiciones específicas. Hay límites sobre la potencia

que se puede radiar y los protocolos de comunicaciones que se pueden utilizar

con el fin de garantizar el uso común de estas frecuencias del espectro

radioeléctrico. La mayoría de estas condiciones de utilización emanan de la

regulación que fija el Ministerio de Industria para el uso del dominio público

radioeléctrico. El Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencia (CNAF) recoge

las condiciones de utilización del espectro en el Estado español por el que hace

a atribución de uso para las frecuencias, las potencias de emisión y los

protocolos que hay que utilizar en cada banda.

La limitación de potencias máximas de emisión está orientada a buscar un

equilibrio entre la cobertura de los puntos de acceso y las posibles

interferencias entre emisores. En el caso de las bandas de uso común del

espectro, la regulación limita la potencia máxima que se puede utilizar en esta

banda en 100 mW (20 dBm) de potencia isótropa radiada equivaliendo (PIRE)

en la mayoría de los países y así se recoge en el caso español a la nota UN-85

del CNAF actualmente vigente. Esta potencia es diversos órdenes de magnitud

inferior a las limitaciones que se establecen para usos privativos, hecho que se

debe a la necesidad que se puedan reutilizar frecuencias en ubicaciones

próximas entre sí. Con respecto al uso de Wi-Fi en la banda de 5 GHz, las

potencias permitidas en estas bandas varían en cada país, incluso dentro de la

Comunidad Europea y son dependientes de diversos factores, como el uso en

interiores, exteriores o la implantación de mecanismos de control de potencias.

21

En el caso español, las condiciones de uso compartido de la banda de 5

GHz se concretan en la nota UN-128 del CNAF. La PIRE máxima está

restringida a 200 mW entre los 5,15 y 5,360 GHz y en 1 W en la banda

comprendida entre los 5,470 y 5,725 GHz, siempre que se utilicen técnicas de

control de potencia, soportadas por los puntos de acceso que se comercializan

habitualmente. El uso de la banda entre 5,15 GHz y 5,25 GHz está reducido a

instalaciones interiores. En la figura Nº 7 se resumen las bandas de frecuencia y

potencias máximas permitidas para cada banda del espectro utilizado Wi-Fi.

Figura Nº 7.- PIRE Máximo Permitido.

Por el hecho de ser una banda de uso común, la banda de frecuencia de

2,4 GHz es compartida por las redes Wi-Fi y por otras tecnologías (Bluetooth,

Home RF, hornos microondas...) cosa que incrementa la posibilidad de

congestión en esta banda. Por este motivo se decidió utilizar también la banda

de los 5 GHz por/para aplicaciones de redes Wi-Fi. De alguna manera se

puede decir que la banda de 2,4GHz es de uso común para propósito general y

la de 5Ghz de uso común más orientada estrictamente a redes. La importancia

de esta diferenciación es primordial ya que una gran cantidad de elementos de

diferentes redes que operan en una misma frecuencia comporta una caída

importante del rendimiento de éstos.

Los estándares no establecen limitación en el número de usuarios

simultáneos conectados a un punto de acceso, pero las pruebas efectuadas

por los fabricantes de los equipos han mostrado que a partir de

22

aproximadamente 200 usuarios conectados el rendimiento del sistema baja

notablemente a causa de las limitaciones de la electrónica de los equipos. Vale

a decir que ésta cifra depende mucho del comportamiento de los usuarios; es

decir, del tipo de tráfico que generan, de las aplicaciones que utilicen, etc.

En cualquier caso, la conclusión es que dimensionando el número de

puntos de acceso en una red lo que hay que garantizar es no sólo la cobertura

radioeléctrica del territorio (a través de las antenas conectadas al punto de

acceso) sino la capacidad, es decir, el número de usuarios simultáneos

conectados que se prevén, ya que como más usuarios conectados más

disminuye la velocidad efectiva de transmisión de cada uno.

2.6. GLOSARIO DE TÉRMINOS

2.6.1. BASE DE DATOS

Es un conjunto de datos pertenecientes a un mismo contexto y almacenados

sistemáticamente para su posterior uso. En este sentido, una biblioteca puede

considerarse una base de datos compuesta en su mayoría por documentos y

textos impresos en papel e indexados para su consulta. Actualmente, y debido

al desarrollo tecnológico de campos como la informática y la electrónica, la

mayoría de las bases de datos están en formato digital (electrónico), y por ende

se ha desarrollado y se ofrece un amplio rango de soluciones al problema del

almacenamiento de datos.

2.6.2. IP (DIRECCIÓN IP)

Un número de 32 bits que identifica a un equipo a nivel de protocolo de red en

el modelo ISO. Se compone de dos partes: la dirección de red, común a todos

los equipos de la red, y la dirección del equipo, única en dicha red.

2.6.4. LÍNEA DE VISTA ENTRE LAS ANTENAS (LOS)

Es la una línea imaginaria, existente entre nuestra antena y la que nos provee e

servicio de Wi-Fi, que no haya obstáculos simplifica y asegura muchas

características del enlace, como también si se mantiene despejado el radio de

23

Fresnel (un punto lamentablemente ignorado por el público menos capacitado)

que debe estar libre entre las dos antenas. Los obstáculos, dependiendo de su

naturaleza material, pueden ser importantes bloqueadores de la radiación

electromagnética en las frecuencias utilizadas por la norma 802.11b. De todas

maneras un enlace puede funcionar a pesar de los obstáculos si la absorción

de señal no es intensa y por el fenómeno de difracción.

2.6.5. PUNTO A MULTIPUNTO

Punto a multipunto de comunicación es un término que se utiliza en el ámbito

de las telecomunicaciones, que se refiere a la comunicación que se logra a

través de un específico y distinto tipo de conexión multipunto, ofreciendo varias

rutas desde una única ubicación a varios lugares. Una conferencia puede ser

considerada una comunicación punto a multipunto ya que existe solo un orador

(transmisor) y múltiples asistentes (receptor). Punto a multipunto es a menudo

abreviado como P2MP, PTMP, o PMP. El punto a multipunto de

telecomunicaciones es el más típico (2003) utilizado en conexión inalámbrica a

Internet y la telefonía IP a través de radiofrecuencias de gigahercios. Una

antena o antenas que reciben las emisiones de varias antenas..

2.6.6. BAR (UNIDAD DE PRESIÓN)

Se denomina “bar” a una “unidad de presión” equivalente a “un millón de

barias”, aproximadamente igual a “una atmósfera (1 atm)”. Su símbolo es

«bar». La palabra «bar» tiene su origen en «báros», que en griego significa

«peso». 1bar = 1,000,000 barias = 106barias; 1bar = 100,000pascales = 105

pascales. Normalmente la presión atmosférica se da en milibares, y la presión

normal al nivel del mar se considera igual a 1013,25 milibares. En unidades del

Sistema Internacional de Unidades, la presión se mide en pascales.

2.6.7. BLUETOOTH

El Bluetooth es una tecnología que posibilita la conexión sin hilos de corto

alcance de voz y datos entre las Computadoras Personales de escritorio y

portátiles, agendas electrónicas, teléfonos móviles, impresoras, escáneres,

24

cámaras digitales y otros dispositivos domésticos, a la frecuencia de uso

común de 2,4 GH.

2.6.8. CONVERTIDOR ANALÓGICO-DIGITAL (CAD)

Un conversor, (o convertidor) analógico-digital (CAD), (o también ADC del

inglés "Analog-to-Digital Converter") es un dispositivo electrónico capaz de

convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario; Se utiliza en

equipos electrónicos como computadora, grabadores de sonido y de vídeo, y

equipos de telecomunicaciones. La señal analógica, que varía de forma

continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un

muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del

mismo.

2.6.9. DAQ HARDWARE

Son por lo general las interfaces entre la señal y un PC. Podría ser en forma de

módulos que pueden ser conectados a la computadora de los puertos (paralelo,

serie, USB, etc...) o ranuras de las tarjetas conectadas a (PCI, ISA) en la placa

madre. Las tarjetas DAQ a menudo contienen múltiples componentes

(multiplexores, ADC, DAC, TTL-IO, temporizadores de alta velocidad, memoria

RAM). Estos son accesibles a través de un bus por un Microcontrolador, que

puede ejecutar pequeños programas. El controlador es más flexible que una

unidad lógica dura cableada, pero más barato que una CPU de modo que es

correcto para bloquear con simples bucles de preguntas.

2.6.10. GOTEROS

El riego localizado mediante emisores o goteros se utiliza para el riego. Este

sistema de riego consta, en esencia, de una tubería de en la cual se insertan o

pinchan los goteros o emisores. Suelen consumir entre 2 y 8l/h, y la

separación lineal entre ellos suele estar comprendida entre 0.3 y 1m.

2.6.11. ELECTROVÁLVULA

Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el

flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería. La

25

válvula está controlada por una corriente eléctrica a través de una bobina

solenoidal. Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y

la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para

actuar la válvula. Las electroválvulas pueden ser cerradas en reposo o

normalmente cerradas lo cual quiere decir que cuando falla la alimentación

eléctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo abiertas en reposo o

normalmente abiertas que quedan abiertas cuando no hay alimentación.

2.6.12. EFICIENCIA DE RIEGO

Es la relación entre el agua benéficamente utilizada en los cultivos y el agua

total utilizada en la práctica del riego. Inundación 40 - 65%; Aspersión 80 -

85%; Micro aspersión 85 - 90%; Goteo 90 - 95%. (III. Factores que se Deben

Considerar para Seleccionar el Sistema de Riego Más Adecuado, consultado

el día 15 de junio de 2013 en: ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/011/aj470s

/aj470s02.pdf )

2.6.13. ESTACIÓN BASE

En comunicaciones por radio, una estación base es una instalación fija o

moderada de radio para la comunicación media, baja o alta bidireccional. Se

usa para comunicar con una o más radios móviles o teléfonos celulares. Las

estaciones base normalmente se usan para conectar radios de baja potencia,

como por ejemplo la de un teléfono móvil, un teléfono inalámbrico o una

computadora portátil con una tarjeta WiFi. La estación base sirve como punto

de acceso a una red de comunicación fija (como la Internet o la red telefónica)

o para que dos terminales se comuniquen entre sí yendo a través de la

estación base. En el área de las redes informáticas inalámbricas (WiFi o

WiMAX), una estación base es un transmisor/receptor de radio que sirve como

nexo (hub) de la red de área local inalámbrica. También puede servir como

pasarela entre las redes inalámbrica y fija.

2.6.14. ETHERNET

Ethernet es un estándar de redes de área local para computadores con acceso

al medio por contienda CSMA/CD. CSMA/CD (Acceso Múltiple por Detección

26

de Portadora con Detección de Colisiones), es una técnica usada en redes

Ethernet para mejorar sus prestaciones. El nombre viene del concepto físico

de ether. Ethernet define las características de cableado y señalización de

nivel físico y los formatos de tramas de datos del nivel de enlace de datos del

modelo OSI. La Ethernet se tomó como base para la redacción del estándar

internacional IEEE 802.3. Usualmente se toman Ethernet e IEEE 802.3 como

sinónimos. Ambas se diferencian en uno de los campos de la trama de datos.

Las tramas Ethernet e IEEE 802.3 pueden coexistir en la misma red.

2.6.15. FRESNEL (ZONA DE FRESNEL)

Se llama zona de Fresnel al volumen de espacio entre el emisor de una onda -

electromagnética, acústica, etc.- y un receptor, de modo que el desfase de las

ondas en dicho volumen no supere los 180º. Así, la fase mínima se produce

para el rayo que une en línea recta al emisor y el receptor. Tomando su valor

de fase como cero, la primera zona de Fresnel abarca hasta que la fase llegue

a 180º, adoptando la forma de un elipsoide de revolución. La segunda zona

abarca hasta un desfase de 360º, y es un segundo elipsoide que contiene al

primero. Del mismo modo se obtienen las zonas superiores. La obstrucción

máxima permisible para considerar que no hay obstrucción es el 40% de la

primera zona de Fresnel. La obstrucción máxima recomendada es el 20%.

2.6.16. MICROCONTROLADOR

Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado

programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está

compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea

específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales

unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento,

memoria y periféricos de entrada/salida.

2.6.17. MICROCONTROLADOR PIC

Los PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por

Microchip Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado

por la división de microelectrónica de General Instrument. El nombre actual no

27

es un acrónimo. En realidad, el nombre completo es PICmicro, aunque

generalmente se utiliza como Peripheral Interface Controller (Controlador de

Interfaz Periférico). Los PICs vienen con varios periféricos incluidos (módulos

de comunicación serie, UARTs, núcleos de control de motores, etc.) y con

memoria de programa desde 512 a 32.000 palabras (una palabra corresponde

a una instrucción en lenguaje ensamblador, y puede ser de 12, 14, 16 ó 32

bits, dependiendo de la familia específica de PICmicro).

2.6.18. MONITOREO:

El monitoreo o seguimiento es un proceso de gestión moderna que consiste en

el registro ordenado de los avances de un programa o proyecto, de manera

sistemática, a fin de verificar el avance en el cumplimiento de actividades, la

obtención de productos y el logro de objetivos planificados, detectando las

dificultades que pudieran presentarse para adoptar las medidas necesarias

para asegurar el éxito del proyecto o programa. El punto de partida del

monitoreo es la planificación, en la cual se precisan los indicadores y las metas

que permitirán medir el logro de cada objetivo propuesto, de acuerdo a los

plazos y recursos pre-definidos” (Goitia y La Red Martínez 1999).

2.6.19. PIRE

La PIRE incluye tanto la potencia de emisión como la ganancia de la antena

utilizada (en términos logarítmicos, PIRE= Potencia Radiada + Ganancia) y la

regulación establece las limitaciones de potencia en la dirección de máxima

radiación, por/para lo cual en la práctica no es posible aumentar el alcance de

la emisión utilizando antenas de más ganancia respetando la legislación

2.6.20. RIEGO POR GOTEO

El riego por goteo, igualmente conocido bajo el nombre de «riego gota a

gota», es un método de irrigación utilizado en las zonas áridas pues permite la

utilización óptima de agua y abonos. El agua aplicada por este método de

riego se infiltra hacia las raíces de las plantas irrigando directamente la zona

de influencia de las raíces a través de un sistema de tuberías y emisores

(goteros). Esta técnica es la innovación más importante en agricultura desde

28

la invención de los aspersores en los años 1930. Al reducir el volumen de

suelo mojado, y por tanto su capacidad de almacenamiento, se debe operar

con una alta frecuencia de aplicación, a caudales pequeños. Pero si el agua

está a mucha presión subirá mejor hacia lugares de mayor altura.

2.6.21. RS232

El RS232 (Recommended Standard 232, también conocido como Electronic

Industries Alliance RS-232C) es una interfaz que designa una norma para el

intercambio de una serie de datos binarios entre un DTE (Equipo Terminal de

Datos) y un DCE(Data Communication Equipment, Equipo de Comunicación

de datos), aunque existen otras en las que también se utiliza la interfaz RS-

232. En particular, existen ocasiones en que interesa conectar otro tipo de

equipamientos, como pueden ser computadores. Evidentemente, en el caso

de interconexión entre los mismos, se requerirá la conexión de un DTE (Data

Terminal Equipment) con otro DTE. Para ello se utiliza una conexión entre los

dos DTE sin usar módem, por ello se llama: null módem ó módem nulo. El

RS-232 consiste en un conector tipo DB-25 (de 25 pines), aunque es normal

encontrar la versión de 9 pines (DE-9, o popularmente también denominados

DB-9).

2.6.22. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN INALÁMBRICO (WDS)

Sistema de Distribución Inalámbrico (WDS - Wireless Distribution System) Un

es un sistema que permite la interconexión inalámbrica de puntos de acceso

en una red IEEE 802.11. Permite que ésta pueda ser ampliada mediante

múltiples puntos de acceso sin la necesidad de un cable troncal que los

conecte. La ventaja del WDS sobre otras soluciones es que conserva las

direcciones MAC de los paquetes de los clientes a través de los distintos

puntos de acceso. Por su parte, dentro de las desventajas es importante

puntualizar que en este modo se reduce la velocidad de transferencia a la

mitad de su magnitud en cada salto.

2.6.23. TENSIÓN HÍDRICA EN EL SUELO

29

El movimiento del agua en el suelo le confiere determinada energía potencial,

que se puede descomponer en dos potenciales, el potencial matricial,

relacionado con la absorción de agua por capilaridad, y el potencial

gravitatorio. El método IRRINOV está basado en la medida de este potencial

matricial, el negativo del cual es llamado tensión. Cuando la tensión tiene un

valor, próximo de cero, el potencial matricial es despreciable con respecto al

potencial gravitatorio, y el suelo se encuentra en vía de secarse. El fenómeno

de percolación del agua acaba cuando las fuerzas ejercidas por las partículas

del suelo y por las raíces compensan la fuerza de la gravedad; suponemos,

entonces, que el potencial gravitatorio pasa a ser despreciable con respecto a

las otras dos fuerzas. Para que el agua pueda ser absorbida por las raíces,

las fuerzas de succión de las raíces tendrán que ser más fuertes que las

fuerzas de atracción del suelo. Así, la medida de la tensión en un suelo no

saturado nos indica directamente la fuerza de succión que la raíz debe ejercer

para extraer el agua del suelo.

2.6.24. WiFi

Abreviatura en inglés para "wireless fidelity". Un tipo de red inalámbrica

(WLAN - Wireless Local Area Networks), que usa el protocolo inalámbrico de

alcance limitado IEEE 802.11b, que transmite datos en banda ancha en el

rango espectral de 2.4 GHz. Ha ganado aceptación en mucho ambientes

como una alternativa viable a los LANs cableados. Muchos hoteles,

restaurantes, aeropuertos, etc. ofrecen acceso público a Internet por medio de

WiFi. A estos lugares se les conoce como hotspots.

30

CAPÍTULO III

HIPÓTESIS

2.3.1. HIPÓTESIS GENERAL

Utilizando una plataforma de hardware libre, tecnología inalámbrica y un

entorno de programación grafica se podría incrementar la eficiencia en el

consumo de agua en la raíz de la Quinua con riego por goteo en el valle de

Pampas.

2.3.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICAS

A.- Mediante una plataforma de hardware libre, se puede diseñar una

unidad remota para controlar: Flujo de agua de riego Frecuencia de riego. Y

humedad en la raíz de la Quinua; con la finalidad de reducir el consumo de

agua de la raíz de la Quinua con riego por goteo en el valle de Pampas.

B.- Utilizando la tecnología inalámbrica podemos controlar la humedad del

suelo de varias unidades remotas distantes entre ellas, con una buena

velocidad de transmisión de datos y un buen alcance inalámbrico de la señal

entre las unidades remotas que controlan la humedad en la raíz de la Quinua.

C.- Con la ayuda de un lenguaje de programación visual se supervisará el

control y monitoreo de dos unidades remotas, mediante la supervisión de un

número adecuado de variables y también el volumen de datos; para reducir el

consumo de agua que requiere la Quinua con riego por goteo.

31

32

CAPITULO IV

METODOLOGÍA

4.1. RELACIÓN ENTRE LAS VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN

Variables Dependientes

Variables Independientes Abreviatura Operacionalización

A. Consumo de agua (CA) Metros cúbicos (m3)

B. Humedad en la raíz (HR). Presión (mBar)

C. Flujo del agua (FA). (m3/seg)

D. Frecuencia de riego (FR) Numero de riegos al día.

E. Velocidad de transmisión de datos (VT) Velocidad de Intercambio

de Datos (Bytes/Seg)

F. Alcance inalámbrico (AI) Potencia de recepción (decibeles)

G. Numero de variables de supervisión.

(NV) Numero de variables.

H. volumen de datos (VD) (GigaBytes)

4.2. OPERACIÓNALIZACION DE VARIABLES

CA=f(HR, FA, FR, CF, VT, AI, VD)

4.3. TIPO DE INVESTIGACION

33

El tipo de investigación es aplicada debido a que sus aportes están dirigidos a

iluminar la solución al problema de los escases de agua, utilizando la tecnología de la

electrónica, en periodos de ausencia de lluvias y permanencia en la disponibilidad de

agua necesaria para el desarrollo de la Quinua.

4.4. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

El consumo de agua no es constante, varía en función a etapa vegetativa de la

planta (floración, producción de granos, et…), también influye la evapotranspiración

del agua que a su vez depende de la altura sobre el nivel del mar en donde se

encuentra la planta. Una fase inicial de poco consumo de agua, una fase de

desarrollo con incremento dinámico en el consumo de agua, una fase estable de

maduración y una fase final de senescencia con descenso en el consumo de agua.10

Sin embargo es posible encontrar requerimientos de agua muchos más precisos, en

otros cultivos; una mayor precisión permitirá menos consuno de agua y mayor

calidad y cantidad en la producción de la Quinua. Este primer dato de la curva de

requerimiento de agua se consultara a un especialista en agronomía o entidad

pública o privada que realiza estos cálculos.

Después se confeccionarán varias tablas cada una a diferentes frecuencias de riego

del tanque (FM); Y a diferentes niveles de humedad de la raíz, respetando la

variación recomendada.

Frecuencia de riego (FA).Humedad en la raíz (HR). Flujo de agua (FA).

El diseño de investigación es cuasi experimental, debido a que los elementos de la

muestra se predeterminaran sustentadas a experiencias semejantes, en

consecuencia su escogencia no será totalmente al azar, se considerará según

avance las investigaciones y se decidirá, por ejemplo en tomar mediciones cada hora

10 Memorias del Primer Taller Internacional en Quinua: Recursos Genéticos y Sistemas de Producción. La Molina, Lima, Perú mayo de 1999 Análisis de la Evapotranspiración de Referencia en el Altiplano Boliviano y Determinación de los Requerimientos de Riego de Quinua (Chenopodium Quinoa Willd) Magali García, Dirk Raes and S.-E. Jacobsen.

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o cada media hora (frecuencia de toma de la muestra); se llevaran a cabo en un

ambiente cercado sin techo ubicado en una zona rural que representara en los

meses en donde hay ausencia de lluvia..

Para medir el consumo de agua en la raíz de la Quinua con riego por goteo se

propone variar las frecuencia de monitoreo, la frecuencia de los del control del flujo

de agua y los márgenes máximos y mínimos de humedad que requiere la raíz de la

Quinua; se buscará el evento que consuma la mínima cantidad de agua.

4.5. ETAPAS DE LA INVESTIGACIÓN

A.- Identificación de la tierra típica de los terrenos en donde se cultiva la Quinua.

B.- Construcción del interface del tensiómetro y la unidad remota de control y

monitoreo de humedad del suelo.

C.- Implementación de la red inalámbrica de transmisión de datos

D.- Diseño del sistema de supervisión de las unidades remotas

E.- Probar por los menos tres algoritmos para incrementar la eficiencia del riego por

goteo.

4.6. POBLACIÓN Y MUESTRA

4.6.1. POBLACIÓN:

Será los datos que se obtendrán al regar la Quinua con riego por goteo en un

prototipo durante las 24 horas, en periodos de ausencia de agua, en tipo de

suelo que con mayor regularidad se utiliza en el valle de Pampas al sembrar

Quinua y en con márgenes de humedad en la raíz cercanos a las que

recomiendan estudios ya realizadas por entidades especializados en

agronomía.

4.6.2. MUESTRA:

Será la humedad medida con el tensiómetro en la raíz de la Quinua con riego

por goteo y la cantidad de agua que se requiere. Se obtendrán en un

ambiente cerrado, dentro del valle de Pampas y se utilizara tierra que

comúnmente contienen los terrenos de cultivo que siembran Quinua también

dentro del valle de Pampas.

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4.7. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Con ayuda de una computadora y plataforma de desarrollo libre, se monitoreará

automáticamente la humedad en la raíz de la Quinua y la cantidad de agua que

utiliza la Quinua se realizará visualmente cada vez que el tanque de

almacenamiento de agua este casi vacío.

De acuerdo al cronograma de actividades, se acordará previamente la hora exacta

del inicio de un evento, los niveles máximo y mínimo de humedad que requiere la

Quinua con riego por goteo. Se propone automatizar la lectura de la humedad.

4.8. PROCESAMIENTO ESTADÍSTICO Y ANÁLISIS DE DATOS

El análisis de los datos se realizara utilizando mediante la hoja electrónica Excel, y el

software de ingeniería Matlab.

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MATRIZ DE CONSISTENCIA

TITULO PROBLEMAS OBJETIVOS HIPÓTESIS OPERACIONALIZACIÓN MÉTODOVARIABLES OPERACIÓN

CONTROL Y MONITOREO REMOTO DE LA HUMEDAD DEL SUELO PARA INCREMENTAR LA EFICIENCIA DEL CONSUMO DE AGUA, EN LA RAIZ DE LA QUINUA CON RIEGO POR GOTEO EN EL VALLE DE PAMPAS

1.2.1. PROBLEMA GENERAL¿Cómo se puede controlar la humedad en la raíz de la Quinua con riego por goteo situado en ubicaciones distantes y dispersas; para incrementar la eficiencia en el riego y ubicados en el lado norte del valle de Pampas?

1.2.2. PROBLEMAS ESPECÍFICOSA.- ¿Cómo monitorear y controlar la humedad en la raíz de la Quinua para incrementar la eficiencia del riego por goteo?C.- ¿Cómo intercambiar datos inalámbricamente para monitorear y controlar la humedad en la raíz dela Quinua con riego por goteo, ubicado el lugares distantes?D.- ¿Cómo se puede supervisar el control y monitoreo de la humedad en la raíz de la Quinua?

1.3. OBJETIVOS1.3.1. OBJETIVO GENERALSupervisar y controlar la humedad en la raíz de la Quinua con riego por goteo situados en lugares distantes entre ellos, para incrementar la eficiencia en riego por goteo ubicados en el lado norte del valle de Pampas?

1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOSA.- Construir un interface basado en una plataforma de hardware libre “Arduino” que controle: La humedad en la raíz de la Quinua con ayuda de tensiómetros, flujo del agua con apoyo de sensores de contacto para mantener el nivel del agua bajo ciertos rangos en el tanque de agua y la frecuencia de riego se controlara con las electroválvulas.B.- Implementar un enlace inalámbrico WIFI que intercambie datos entre la unidad de supervisión y las unidades remotas de control, relacionados con el aumento de la eficiencia del riego por goteo en el consumo de agua que consume la Quinua, entre una “Unidad de Supervisión” y dos “Unidades de Control y Monitoreo”.C.- Construir una Interfaz hombre maquina utilizando un entorno de programación grafica VC++ en la “Unidad de Supervisión” para controlar y monitorear el funcionamiento de las “Unidades de Control y Monitoreo”, para mejorar la gestión del riego por goteo en la raíz de la Quinua.

2.3.1. HIPÓTESIS GENERALUtilizando una plataforma de hardware libre, tecnología inalámbrica y un entorno de programación grafica se podría incrementar la eficiencia en el consumo de agua en la raíz de la Quinua con riego por goteo en el valle de Pampas.

2.3.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICASA.- Mediante una plataforma de hardware libre, se puede diseñar una unidad remota para controlar: Flujo de agua de riego Frecuencia de riego. Y humedad en la raíz de la Quinua; con la finalidad de reducir el consumo de agua de la raíz de la Quinua con riego por goteo en el valle de Pampas.B.- Utilizando la tecnología inalámbrica podemos controlar la humedad del suelo de varias unidades remotas distantes entre ellas, con una buena velocidad de transmisión de datos y un buen alcance inalámbrico de la señal entre las unidades remotas que controlan la humedad en la raíz de la Quinua.C.- Con la ayuda de un lenguaje de programación visual se supervisará el control y monitoreo de dos unidades remotas, mediante la supervisión de un número adecuado de variables y también el volumen de datos; para reducir el consumo de agua que requiere la Quinua con riego por goteo.

2.5.1. VARIABLE DEPENDIENTE:A. Consumo de agua (CA).

2.5.2. VARIABLES INDEPENDIENTESB. Humedad en la raíz (HR).

C. Flujo del agua (FA).D.- Frecuencia de riego (FR)

E. Velocidad de transmisión de datos (VT)

F. Alcance inalámbrico (AI)

G. Numero de variables de supervisión. (NV)

H. volumen de datos (VD)

CA=f(HR, FA, FR, CF, VT, AI, VD)

En esta investigación se hace uso del método ensayo-error e inductivo-deductivo.

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BIBLIOGRAFIA

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