UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO FACULTAD DE ...€¦ · “Diseño de un sistema de riego...

UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

Proyecto de Investigación

previo a la obtención del título

de Ingeniero Mecánico

Título del proyecto de investigación:

“Diseño de un sistema de riego automático para un vivero de plantas de

tabaco, con estructura soportante móvil”

Autor:

Anthony Alberto Valarezo Anchundia

Director del Proyecto de Investigación:

Ing. Ernesto Javier Ruano Herrería MSc.

Quevedo – Los Ríos – Ecuador

2019

ii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS

Declaración de Autoría y Cesión de Derechos

Yo, Anthony Alberto Valarezo Anchundia, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi

autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional;

y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.

La Universidad Técnica Estatal de Quevedo, puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por

su Reglamento y por la normativa institucional vigente.


Autor

iii

CERTIFICACIÓN DE CULMINACIÓN DEL PROYECTO DE

INVESTIGACIÓN

Certificación de Culminación del Proyecto de Investigación

El suscrito, Ing. Ernesto Javier Ruano Herrería MSc., Docente de la Universidad Técnica

Estatal de Quevedo, certifica que el estudiante Anthony Alberto Valarezo Anchundia,

realizó el Proyecto de Investigación titulado “Diseño de un sistema de riego automático

para un vivero de plantas de tabaco, con estructura soportante móvil”, previo a la

obtención del título de Ingeniero Mecánico, bajo mi dirección, habiendo cumplido con las

disposiciones reglamentarias establecidas para el efecto.

Atentamente,


Director del Proyecto de Investigación

iv

CERTIFICADO DEL REPORTE DE LA HERRAMIENTA DE

PREVENCIÓN DE COINCIDENCIA Y/O PLAGIO ACADÉMICO

Reporte de la Herramienta de Prevención de Coincidencia y/o Plagio Académico

El suscrito, Ing. Ernesto Javier Ruano Herrería MSc., Docente de la Universidad Técnica

Estatal de Quevedo, en calidad de Director del Proyecto de Investigación titulado “Diseño

de un sistema de riego automático para un vivero de plantas de tabaco, con estructura

soportante móvil”, CERTIFICA el cumplimiento de los parámetros establecidos por el

SENESCYT y se evidencia el reporte de la herramienta de prevención de coincidencia y/o

plagio académico (URKUND) con un porcentaje de coincidencia del --%.


Director del Proyecto de Investigación

v

UNIVERSIDAD TECNICA ESTATAL DE QUEVEDO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

Certificación de Aprobación por Tribunal de Sustentación

Título del Proyecto de Investigación:

“Diseño de un sistema de riego automático para un vivero de plantas de tabaco, con

estructura soportante móvil”

Presentado a la Comisión Académica como requisito previo a la obtención del título

de:

Ingeniero Mecánico

Aprobado por:

Ing. Luis Pico Saltos, M. Sc.

Presidente del Tribunal

Ing. David Barros Enríquez, M. Sc.

Miembro del Tribunal

Ing. Omar Cevallos Muñoz, M. Sc.

Miembro del Tribunal

Quevedo – Ecuador

2019

vi

AGRADECIMIENTOS

Agradecimientos

A Dios por la oportunidad de la vida y por permitirme

llegar a culminar satisfactoriamente esta etapa de mi

vida.

A mis padres por estar conmigo en todo momento y

guiarme por buen camino.

A mi familia y amigos por su apoyo en todo momento.

Al Ing. Ernesto Javier Ruano Herrería MSc., Director

del Proyecto de Investigación, por su sugerencia en la

investigación.

A los demás docentes de la facultad de Ciencias de la

Ingeniería de la UTEQ, por los conocimientos

impartidos durante mi formación profesional.

A la UTEQ por abrir sus puertas a la comunidad y

formar profesionales que participen activamente en la

sociedad.


vii

DEDICATORIA

Dedicatoria

A Dios por darme las fuerzas necesarias para no

desfallecer ante ningún momento difícil en mi vida.

A mis padres, pilares fundamentales de mi vida.

A toda mi familia por todo el apoyo brindado.


viii

RESUMEN

Resumen

El riego automatizado dentro de un vivero representa muchas mejoras en comparación con

el riego convencional, es por ellos que el presente estudio tuvo como objetivo diseñar un

sistema de riego móvil para un vivero de plantas de tabaco, con estructura soportante móvil.

La elaboración del presente trabajo surge del problema localizado en la empresa Ecuacapa

S.A, entre los recintos Cristal y San Luis del cantón Zapotal, ubicado en la provincia de Los

Ríos, entre las coordenadas 1°21'20.4" latitud Sur y 79°22'56.7" longitud Oeste. El diseño

del sistema de riego automatizado en el vivero de tabaco se realizó en SOLIDWORKS 2017,

mientras que la simulación del funcionamiento del motor al momento de realizar el cambio

de giro o sentido se la llevó a cabo en CADE_SIMU V3.0. Para el análisis estructural se

utilizó SAP2000. La cantidad de agua que se utilizará en el sistema de riego será de 1126.4

l/día, durante 60 días, suministrando el agua impulsada por una bomba hidráulica de 0.75

HP para irrigar con 8 nebulizadores a 992 bandejas de 128 celdas. El sistema de riego

constará de una estructura fija de 56 m de largo, 8.75 m de ancho y 2.70 m de alto, mientras

que el ala de riego estará construida de perfiles en C 50x25x2 y 50x25x3, en la cual se

apoyará la red conductora de PVC, la misma que debido a las características y dimensiones

de los materiales seleccionados soportará la presión y esfuerzos de trabajo. El análisis

beneficio costo reflejó que al utilizarse el riego convencional se obtiene una ganancia de $

0.84 por cada dólar invertido (relación beneficio costo de 1.84), mientras que con el riego

automatizado esta ganancia se incrementa en $ 0.11 por cada dólar invertido (relación

beneficio costo de 1.95) con respecto al riego convencional, teniendo una vida útil de 15

años. Se realizaron 7 planos, 1 plano general en el que consta el sistema de riego, 4 planos

de conjunto, plano 100-1 en el que consta la estructura del motor, 100-2 donde se detalla la

estructura del ala de riego, 100-3 donde se muestra la tubería del ala de riego, 101-4 en el

que se encuentra la estructura del sistema de riego y 2 planos de subconjunto del plano 100-

1, en el plano 100-1.1 se detalla la base de la estructura del motor y en el plano 100-1.2 se

encontrarán los detalles del soporte de la base del motor.

Palabras Claves: cultivo de tabaco, invernadero, riego automatizado.

ix

SUMMARY

Summary

Automated irrigation within a nursery represents many improvements compared to

conventional irrigation, which is why the present study aimed to design a mobile irrigation

system for a tobacco plant nursery, with a mobile supporting structure. The preparation of

this work arises from the problem located in the company Ecuacapa SA, between the Cristal

and San Luis enclosures of the Zapotal canton, located in the province of Los Ríos, between

the coordinates 1 ° 21'20.4 "South latitude and 79 ° 22 ' 56.7 "West length. The design of

the automated irrigation system in the tobacco nursery was carried out in SOLIDWORKS

2017, while the simulation of the engine operation at the time of making the turn or direction

change was carried out in CADE_SIMU V3.0. SAP2000 was used for the structural analysis.

The amount of water that will be used in the irrigation system will be 1126.4 l / day, for 60

days, supplying the water driven by a 0.75 HP hydraulic pump to irrigate with 8 nebulizers

to 992 trays of 128 cells. The irrigation system will consist of a fixed structure 56 m long,

8.75 m wide and 2.70 m high, while the irrigation wing will be constructed of 50x25x2 and

50x25x3 C profiles, on which the conductive network of PVC, the same that due to the

characteristics and dimensions of the selected materials will withstand the pressure and

efforts of work. The cost benefit analysis showed that when conventional irrigation is used,

a profit of $ 0.84 is obtained for each dollar invested (cost benefit ratio of 1.84), while with

automated irrigation this gain is increased by $ 0.11 for each dollar invested (benefit ratio

cost of 1.95) with respect to conventional irrigation, having a useful life of 15 years. 7 planes

were made, 1 general plane in which the irrigation system is recorded, 4 assembly planes,

100-1 plane in which the structure of the engine consists, 100-2 where the structure of the

irrigation wing is detailed, 100- 3 where the irrigation wing pipe is shown, 101-4 in which

the structure of the irrigation system is located and 2 subset planes of the 100-1 plane, in the

100-1.1 plane the base of the structure of the structure is detailed engine and in the plane

100-1.2 you will find the details of the motor base support.

Key words: tobacco growing, greenhouse, automated irrigation.

x

TABLA DE CONTENIDO

Declaración de Autoría y Cesión de Derechos ...................................................................... ii

Certificación de Culminación del Proyecto de Investigación .............................................. iii

Reporte de la Herramienta de Prevención de Coincidencia y/o Plagio Académico ............. iv

Certificación de Aprobación por Tribunal de Sustentación .................................................. v

Agradecimientos ................................................................................................................... vi

Dedicatoria........................................................................................................................... vii

Resumen ............................................................................................................................. viii

Summary ............................................................................................................................... ix

Índice de Tablas .................................................................................................................. xiv

Índice de Anexos ................................................................................................................. xv

Índice de ecuaciones .......................................................................................................... xvii

Código Dublín .................................................................................................................. xviii

Introducción ........................................................................................................................... 1

CAPÍTULO I. MARCO CONTEXTUAL DE LA INVESTIGACIÓN ................................ 3

1.1. Problematización ............................................................................................................ 4

1.1.1. Planteamiento del problema .................................................................................... 4

1.1.2. Formulación del problema....................................................................................... 5

1.1.3. Sistematización del problema .................................................................................. 5

1.2. Objetivos ........................................................................................................................ 6

1.2.1. Objetivo general ...................................................................................................... 6

1.2.2. Objetivos específicos ............................................................................................... 6

1.3. Justificación .................................................................................................................... 6

CAPÍTULO II. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN ................. 8

2.1. Marco conceptual ........................................................................................................... 9

2.1.1. Invernadero .............................................................................................................. 9

2.1.2. Sistema de control ................................................................................................... 9

2.1.3. Automatización ..................................................................................................... 10

2.1.4. Riego ..................................................................................................................... 10

2.1.5. Sistema de riego .................................................................................................... 11

2.1.6. Riego por nebulización .......................................................................................... 11

2.1.7. Acero ASTM A-36 ................................................................................................ 12

xi

2.1.8. Análisis beneficio/costo ........................................................................................ 12

2.1.9. LRFD ..................................................................................................................... 13

2.1.10. Resistencia nominal ............................................................................................... 14

2.1.11. Poleas..................................................................................................................... 14

2.1.12. Bandas ................................................................................................................... 14

2.1.13. Carrete retráctil ...................................................................................................... 14

2.2. Marco referencial.......................................................................................................... 15

2.2.1. Generalidades del cultivo de tabaco ...................................................................... 15

2.2.2. Usos del tabaco ...................................................................................................... 16

2.2.3. Aspectos relevantes de los sistemas de riego ........................................................ 18

2.2.4. Criterios para la selección de un invernadero ....................................................... 19

2.2.5. Tipos de invernaderos ........................................................................................... 20

2.2.5.1. Invernadero plano ............................................................................................... 20

2.2.5.1.1. Invernadero en raspa y amagado ......................................................................... 22

2.2.5.1.2. Invernadero asimétrico o inacral ......................................................................... 23

2.2.5.1.3. El invernadero de capilla simple ......................................................................... 24

2.2.5.1.4. Invernadero de capilla ......................................................................................... 25

2.2.5.1.5. El invernadero de doble capilla ........................................................................... 26

2.2.5.1.6. Invernadero túnel o semicilíndrico ..................................................................... 27

2.2.5.1.7. Invernaderos de cristal o tipo venlo .................................................................... 29

2.2.6. Usos ventajas e inconvenientes del de riego por nebulización ............................. 30

2.2.7. Generalidades del acero ASTM 36 ....................................................................... 31

CAPÍTULO III. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ........................................ 33

3.1. Localización de la investigación .................................................................................. 34

3.2. Tipo de investigación ................................................................................................... 34

3.2.1. Investigación aplicada ........................................................................................... 34

3.2.2. Investigación bibliográfica .................................................................................... 35

3.2.3. Investigación diagnóstica ...................................................................................... 35

3.3. Métodos de investigación ............................................................................................. 35

3.3.1. Método analítico .................................................................................................... 35

3.3.2. Método científico .................................................................................................. 35

xii

3.4. Fuentes de recopilación de la información ................................................................... 36

3.5. Diseño de la investigación ............................................................................................ 36

3.6. Instrumentos de investigación ...................................................................................... 36

3.7. Tratamiento de los datos ............................................................................................... 36

3.7.1. Determinación de las pérdidas de carga ................................................................ 37

3.7.1.1. Pérdidas de carga en tubería................................................................................ 37

3.7.1.2. Pérdidas de carga en los emisores ....................................................................... 37

3.7.1.3. Pérdidas de carga en los accesorios .................................................................... 37

3.8. Recursos humanos y materiales ................................................................................... 38

3.8.1. Recursos humanos ................................................................................................. 38

3.8.2. Recursos materiales ............................................................................................... 38

CAPÍTULO IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................................. 39

4.1. Resultados .................................................................................................................... 40

4.1.1. Demanda de agua del vivero para el dimensionamiento del potencial hídrico ..... 40

4.1.2. Diseño del sistema de riego automático para vivero de plantas de tabaco ............ 45

4.1.2.1. Componentes del sistema de riego automático para vivero de plantas de…..

tabaco..................................................................................................................... 45

4.1.2.2. Ala de riego ......................................................................................................... 46

4.1.2.3. Base del motor y acoples .................................................................................... 53

4.1.2.4. Dimensionamiento del motor .............................................................................. 56

4.1.2.5. Dimensionamiento del eje ................................................................................... 60

4.1.2.6. Selección del cuñero ........................................................................................... 67

4.1.2.7. Selección de la banda .......................................................................................... 68

4.1.2.8. Cálculo de la estructura ....................................................................................... 69

4.1.3. Análisis de costo-beneficio del sistema automatizado de riego ............................ 81

4.1.3.1. Costos fijos para la producción de plántulas ....................................................... 81

4.1.3.2. Costos fijos para la construcción del ala de riego ............................................... 82

CAPÍTULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................ 85

5.1. Conclusiones ................................................................................................................ 86

5.2. Recomendaciones ......................................................................................................... 87

xiii

CAPÍTULO VI. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................... 88

6.1. Literatura citada ............................................................................................................ 89

CAPÍTULO VII. ANEXOS ................................................................................................. 92

xiv

ÍNDICE DE TABLAS

Índice de Tablas

Tabla 1. Pérdidas de carga por accesorios en el ala de riego. ......................................... 42

Tabla 2 Pérdidas de carga en el sistema. ............................................................................. 44

Tabla 3 Resultado de pesos sobre partes de sujeción del motor. ......................................... 55

Tabla 4 Resultado de pesos sobre partes de sujeción del motor. ......................................... 66

Tabla 5 Características de los materiales usados en la estructura. ...................................... 69

Tabla 6. Costos fijos para la producción de plántulas de tabaco ..................................... 81

Tabla 7. Costos fijos para la construcción del ala de riego ............................................. 82

Tabla 8. Costos fijos para la construcción del ala de riego ............................................. 82

Tabla 9. Costos operacionales del ala de riego ............................................................... 83

Tabla 10. Análisis económico de riego convencional y automatizado para un vivero…..

de tabaco ........................................................................................................... 84

xv

ÍNDICE DE ANEXOS

Índice de Anexos

Anexo 1. Coeficiente de Hazen-Williams para diferentes materiales ........................... 93

Anexo 2. Coeficiente de Hazen-Williams para diferentes materiales ........................... 94

Anexo 3. Factor de pérdidas localizadas según diferentes accesorios ........................... 94

Anexo 4. Diagrama de sistema hidráulico ..................................................................... 94

Anexo 5. Diámetro nominal e interior de diferentes tuberías de PVC .......................... 95

Anexo 6. Tabla para el cálculo de pérdidas de carga con salidas múltiples .................. 96

Anexo 7. Costo de los materiales para la construcción del ala de riego ........................ 97

Anexo 8. Propiedades de algunos materiales de las bandas planas y redondas ............. 98

Anexo 9. Parámetros en el factor de la condición superficial de Marin ........................ 98

Anexo 10. Parámetros de modificación de la carga de Marin ......................................... 98

Anexo 11. Efecto de la temperatura de operación en la resistencia a la tensión del…..

acero ............................................................................................................... 99

Anexo 12. Factor de confiabilidad ................................................................................... 99

Anexo 13. Límite de resistencia a la fatiga ...................................................................... 99

Anexo 14. Resistencia de Von Misses del eje ............................................................... 100

Anexo 15. Factor de seguridad del eje ........................................................................... 100

Anexo 16. Estructura del ala de riego ............................................................................ 101

Anexo 17. Ecuador, zonas sísmicas para propósitos de diseño y valor del factor de…..

zona z ............................................................................................................ 101

Anexo 18. Clasificación de los perfiles de suelo ........................................................... 102

Anexo 19. Tipo de suelo y Factores de sitio 𝑭𝒂 ............................................................ 102

Anexo 20. Tipo de suelo y Factores de sitio 𝑭𝒅 ............................................................ 103

Anexo 21. Tipo de suelo y Factores del comportamiento inelástico del subsuelo 𝑭𝒔 ... 103

Anexo 22. Valores aproximados del factor de longitud efectiva, K .............................. 104

xvi

Anexo 23. Análisis de la estructura ............................................................................... 105

Anexo 24. Diagramas de las fuerzas cortantes sobre la estructura ................................ 105

Anexo 25. Diagrama hidráulico ..................................................................................... 106

Anexo 26. Diagrama de automatización del sistema de riego ....................................... 107

Anexo 27. Simbología del diagrama de fuerza .............................................................. 108

Anexo 28. Simbología del diagrama de control ............................................................. 109

Anexo 29. Planos ........................................................................................................... 110

xvii

ÍNDICE DE ECUACIONES

Índice de ecuaciones

Ec 4.1 Fórmula de Hazen-Williams Pág. 42

Ec 4.2 Fórmula para hallar la potencia de la bomba Pág. 44

Ec 4.3 Fórmula de aceleración del ala de riego Pág. 57

Ec 4.4 Fórmula para hallar la fuerza Normal Pág. 57

Ec 4.5 Fórmula para encontrar la fuerza de rozamiento Pág. 57

Ec 4.6 Fórmula para hallar el par torsor Pág. 58

Ec 4.7 Fórmula de la velocidad angular Pág. 59

Ec 4.8 Fórmula para encontrar la fuerza tangencial Pág. 59

Ec 4.9 Fórmula de relación de poleas para hallar la velocidad angular Pág. 59

Ec 4.10 Fórmula para hallar la potencia requerida para seleccionar el motor Pág. 60

Ec 4.11 Ecuación de Marín para hallar el límite de resistencia a la fatiga Pág. 61

Ec 4.12 Fórmula para hallar el factor de la condición superficial Pág. 62

Ec 4.13 Fórmula para hallar el diámetro del eje según el criterio de Goodman Pág. 63

Ec 4.14 Fórmula para hallar el factor A de la ecuación del criterio de ED-Gerber Pág. 64

Ec 4.15 Fórmula para hallar el factor B de la ecuación del criterio de ED-Gerber Pág. 64

Ec 4.16 Fórmula para hallar el factor de seguridad según el criterio de ED-Gerber Pág. 64

Ec 4.17 Fórmula para hallar el factor de seguridad según el criterio de la ASME-

Elíptica Pág. 64

Ec 4.18 Fórmula para hallar el factor de seguridad según el criterio de Sodeberg Pág. 65

Ec 4.19 Fórmula de esfuerzo máximo de Von Misses Pág. 65

Ec 4.20 Fórmula para hallar el factor de seguridad Pág. 65

Ec 4.21 Fórmula de ángulo de contacto para hallar la longitud de la banda Pág. 68

Ec 4.22 Fórmula de ángulo de contacto para hallar la longitud de la banda Pág. 68

Ec 4.23 Fórmula para hallar la longitud de la banda Pág. 68

Ec 4.24 Fórmula del método de los 3 momentos Pág. 75

Ec 4.25 Fórmula del área de una parábola Pág. 76

Ec 4.26 Fórmula para determinar la carga critica que soportará una columna Pág. 79

Ec 4.27 Fórmula de longitud efectiva de columna Pág. 80

xviii

Código Dublín

Código Dublín

Título: Diseño de un sistema de riego automático para un vivero de plantas de

tabaco, con estructura soportante móvil

Autor: Anthony Alberto Valarezo Anchundia

Palabras clave: Cultivo de tabaco, invernadero, riego automatizado.

Fecha de publicación

Editorial:

Resumen:

El riego automatizado dentro de un vivero representa muchas

mejoras en comparación con el riego convencional, es por ellos que

el presente estudio tuvo como objetivo diseñar un sistema de riego

móvil para un vivero de plantas de tabaco, con estructura soportante

móvil. La elaboración del presente trabajo surge del problema

localizado en la empresa Ecuacapa S.A, entre los recintos Cristal y

San Luis del cantón Zapotal, ubicado en la provincia de Los Ríos,

entre las coordenadas 1°21'20.4" latitud Sur y 79°22'56.7" longitud

Oeste. El diseño del sistema de riego automatizado en el vivero de

tabaco se realizó en SOLIDWORKS 2017, mientras que la

simulación del funcionamiento del motor al momento de realizar el

cambio de giro o sentido se la llevó a cabo en CADE_SIMU V3.0.

Para el análisis estructural se utilizó SAP2000. La cantidad de agua

que se utilizará en el sistema de riego será de 1126.4 l/día, durante

60 días, suministrando el agua impulsada por una bomba hidráulica

de 0.75 HP para irrigar con 8 nebulizadores a 992 bandejas de 128

celdas. El sistema de riego constará de una estructura fija de 56 m

de largo, 8.75 m de ancho y 2.70 m de alto, mientras que el ala de

riego estará construida de perfiles en C 50x25x2 y 50x25x3, en la

cual se apoyará la red conductora de PVC, la misma que debido a

las características y dimensiones de los materiales seleccionados

soportará la presión y esfuerzos de trabajo. El análisis beneficio

costo reflejó que al utilizarse el riego convencional se obtiene una

ganancia de $ 0.84 por cada dólar invertido (relación beneficio

costo de 1.84), mientras que con el riego automatizado esta

ganancia se incrementa en $ 0.11 por cada dólar invertido (relación

beneficio costo de 1.95) con respecto al riego convencional,

teniendo una vida útil de 15 años. Se realizaron 7 planos, 1 plano

general en el que consta el sistema de riego, 4 planos de conjunto,

plano 100-1 en el que consta la estructura del motor, 100-2 donde

se detalla la estructura del ala de riego, 100-3 donde se muestra la

tubería del ala de riego, 101-4 en el que se encuentra la estructura

del sistema de riego y 2 planos de subconjunto del plano 100-1, en

el plano 100-1.1 se detalla la base de la estructura del motor y en el

plano 100-1.2 se encontrarán los detalles del soporte de la base del

motor.

Descripción:

URL

xix

Simbología

Símbolo Definición Unidades

µ Coeficiente de rozamiento Adimensional

a Aceleración, ancho, factor m/s2, mm, adimensional

A Área, factor mm2, m2, adimensional

B Constante, valor inicial Adimensional, $

b Exponente del factor de modificación de la condición

inicial Adimensional

C Distancia entre centros, coeficiente de pérdidas de

Hazen-Williams mm, m, adimensional

D Diámetro de la polea mayor, carga muerta,

depreciación trimestral mm, m, Kgf, $

d Diámetro, distancia, diámetro de polea menor mm, m, pulgadas

Di Diámetro interior de la tubería mm, m

Dn Diámetro nominal de la tubería mm, m

E Carga de sismo, módulo de Euler Kgf

e Espesor mm, m

E Módulo de elasticidad Mpa

Eb Eficiencia de la bomba %

Em Eficiencia del motor %

F Fuerza Kgf

Froz Fuerza de rozamiento N

Ft Fuerza tangencial N

H Potencia requerida del motor W, HP

Hf Pérdida de carga en la tubería m

Ka Factor de modificación de la condición inicial Adimensional

Kb Factor del tamaño Adimensional

Kc Factor de la carga Adimensional

Kd Factor de temperatura Adimensional

Ke Factor de confiabilidad Adimensional

Kf Factor de modificación de efectos varios Adimensional

Kt Factor de concentración del esfuerzo en flexión Adimensional

Kts Factor de concentración del esfuerzo en torsión Adimensional

l Largo mm,m

L Longitud, Carga Viva mm, m, Kgf

m Masa Kg

M Momento Kgf.m

Ma Momento alternante N.mm, N.m

Mm Momento medio N.mm, N.m

n Factor de seguridad, razón espectral de la costa, vida

útil Adimensional, trimestre

N Normal N

ny Factor de resistencia a la fluencia Adimensional

P Peso Kg

Pcr Carga critica en la columna Kgf

Pt Peso total Kg

Ptubo Peso tubo Kg

Q Caudal m3/s, l/h

S´e Límite de resistencia a la fatiga MPa

Se Límite de resistencia a la fatiga en la ubicación

critica MPa

Sut Esfuerzo máximo a la tensión Mpa

xx

Sy Límite de fluencia Mpa

T Torque N.mm, N.m

Ta Torque alternante N.mm, N.m

Tm Torque medio N.mm, N.m

U Carga de diseño Kgf

v Velocidad m/s

vf Velocidad final m/s

vo Velocidad inicial m/s

w Velocidad angular rad/s, rpm

z Factor en el espectro del diseño s

ϴ Angulo de contacto Grados

1

INTRODUCCIÓN

Introducción

El tabaco es un cultivo que no es explotado tradicionalmente en la provincia de Los Ríos,

pero a la vez representa una inversión productiva, ya que existe una amplia demanda de

hojas de esta planta dentro y fuera del país, las cuales no deben presentar lesiones de ninguna

índole. El cultivo y producción del tabaco en el Ecuador actualmente presenta un gran

incremento debido a las propiedades del suelo, condiciones climatológicas y demás factores

positivos encontrados en el territorio ecuatoriano, sin pasar por alto que esta actividad no

tradicional del Ecuador se encuentra en auge debido a que es un cultivo de fácil manejo, sin

mucha competencia y compra asegurada.

La producción del cultivo de tabaco se inicia con la obtención de plántulas con un vigor

idóneo, que a su vez asegure la adaptabilidad y resistencia a condiciones de campo abierto,

por lo que se utilizan invernaderos para obtener plántulas de dichas características, ya que

dentro de estas estructuras se puede obtener un mejor ambiente, debido a que manejan

tecnologías que ayudan al desarrollo de las plántulas, teniéndose entre éstas a la aplicación

del riego como una práctica que más influencia el crecimiento y desarrollo de este tipo de

plantas.

El agua generalmente en viveros pequeños o poco tecnificados se aplica utilizando

regaderas, o empíricamente utilizando mangueras, pero con el avance tecnológico de la

sociedad dinámica en la que se vive actualmente, surge el riego automatizado, que asienta

en conocimiento de la ingeniería a fin de facilitar la vida al ser humano en la sociedad,

involucrando conocimientos de ciencias como la agronomía, hidráulica o la electrónica, que

han permitido avances y automatizaciones tecnológicas, haciendo posible el progreso de la

humanidad.

La automatización de procesos agrícolas siempre será un tema que muchos evitan ya que se

debe realizar una alta inversión económica en el proceso, pero los beneficios y ventajas que

presenta automatizar un proceso son muchos. Unas de las formas más innovadoras en la

actualidad son los tipos de riego tecnificados que permiten tener un control completo de

acuerdo a los parámetros establecidos por el usuario. El uso de esta tecnología reemplaza

los medios tradicionales debido a que se incluye sistemas de control automático que

proporcionan mayor desempeño durante su operación.

2

En este proyecto de investigación se desarrolla para una futura implementación en la

empresa Ecuacapa S.A, productora y exportadora de capa de tabaco, aplicando los diferentes

métodos y técnicas necesarios para implementar un nuevo sistema de distribución hídrica

mediante un tren de riego aéreo automático que reemplace al sistema convencional,

mejorando así el aprovechamiento de nutrientes que son esparcidos hacia la planta a través

de un proceso de mejora continua que implique la instalación de equipos tecnológicos que

ayuden a mejorar los tiempos de trabajo y por consiguiente la producción.

Este proyecto se encuentra dividido por siete capítulos que se describen a continuación:

En el capítulo I que presenta la Contextualización de la Investigación, se describe el

problema, objetivo general y objetivos específicos además de la justificación del proyecto.

El Capítulo II, correspondiente a la Fundamentación Teórica es la recopilación de toda

información básica y necesaria para la creación del marco conceptual y marco referencial a

utilizar en el proyecto.

Capítulo III, Se describe la metodología investigativa, donde se exponen los métodos,

técnicas que incluyen la selección de materiales, diferentes cálculos matemáticos para

seleccionar los componentes adecuados que se emplearan para el diseño de los componentes.

Capítulo IV, Los resultados y discusiones es donde se verifica el diseño a través de los

cálculos matemáticos de esta forma ayudar a la selección de los elementos mecánicos que

optimice el funcionamiento del sistema de riego, además se detallan los costos de fabricación

que tendría la aplicación del tren de riego automático.

Capítulo V, Las conclusiones y recomendaciones que se detallan en este capítulo son

elaboradas en base a los objetivos propuestos en la investigación.

Capítulo VI, La bibliografía empleada en el desarrollo del proyecto.

Capítulo VII, Los anexos son información complementaria en el desarrollo en la

investigación

3

CAPÍTULO I

CAPÍTULO I. MARCO CONTEXTUAL DE LA INVESTIGACIÓN

MARCO CONTEXTUAL DE LA INVESTIGACIÓN

4

1.1. Problematización

1.1.1. Planteamiento del problema

En el Ecuador, la provincia de Los Ríos al ser uno de los sectores adecuados para el cultivo

del tabaco permite producir este producto para la exportación, brindando alternativas para

el desarrollo económico del país, así como el beneficio de sus productores. En la actualidad

la innovación tecnología permite elaborar productos de excelente calidad abriendo paso al

mejoramiento en la eficiencia de los procesos productivos. Pero es evidente que al no contar

con tecnologías relevantes en la producción no lograrían alcanzar el máximo rendimiento de

la planta además del incremento económico debido al mayor tiempo empleado en los

procesos de riego y a la cantidad de mano obra utilizada en la empresa. El cultivo del tabaco

requiere buen número de mano de obra y a su vez alta tecnología, debido a esto en Ecuador

pocas son las empresas dedicadas al desarrollo de este cultivo.

El tabaco para lograr su crecimiento óptimo la cantidad de agua debe ser alta requiriendo un

total de 50 mm semanales, por lo cual al no suministrar la correcta cantidad de agua al

producto ocasiona problemas en su crecimiento reduciendo su rentabilidad al momento de

su cosecha. Esto se debe a la utilización de riegos convencionales que ocasionan pérdidas

tanto de insumos y agua, que no son aprovechados por el cultivo debido a que se esparcen

de manera imprecisa, provocando pérdidas económicas a la empresa que realice la

producción de esta especie de planta. Por medio de esta investigación se busca aportar al

sector agricultor (productores de tabaco) un sistema de riego tecnificado mediante un tren

aéreo automático para el suministro hídrico de agua o insumos, reduciendo el desperdicio

de los mismos evitando costos operativos en el ámbito económico y laboral, agilizando el

proceso y convirtiéndolo en un sistema más eficiente.

En la actualidad al no contar con un sistema de riego tecnificado para el proceso de

suministro hídrico de agua e insumos en las plantaciones de tabaco, se utiliza más cantidad

de recursos, más demanda de mano de obra, mayor tiempo de trabajo y conduce a que las

plantaciones no alcancen su máximo desarrollo provocando una reducción significativa en

las ganancias, generando menor volumen en las cosechas y por ende mayores costos.

5

Al realizar el diseño de un sistema de riego automático mediante un tren aéreo se va a

optimizar y tecnificar el proceso de suministro de agua e insumos a las plantaciones, el cual

se convierte en un sistema eficaz y eficiente, ahorrando tiempo y aumentando el índice de

eficiencia en la cantidad de agua requerida por planta de acuerdo al volumen de producción

teniendo su aplicación tanto a pequeñas, medianas y grandes empresas agroindustriales

destinas a la producción del tabaco.

1.1.2. Formulación del problema

¿Por qué seria indispensable para la empresa ECUACAPA S.A. implementar un sistema de

riego tecnificado mediante un tren de riego aéreo automático para el control de suministros

de los recursos hídricos como el agua e insumos?

1.1.3. Sistematización del problema

La presente investigación se encamina hacia el total aprovechamiento del agua y fertilizantes

utilizados en un vivero de plantas de tabaco mediante un sistema de riego automático debido

a que actualmente consta de un riego tradicional y básico. Se enfatiza en el cálculo, diseño,

simulación y selección de elementos mecánicos y eléctricos para el sistema de riego

mediante un tren aéreo automático. También se basa en el análisis económico que se

elaborara para obtener el costo de fabricación para el sistema de riego automático.

• ¿Cuáles son los factores más importantes que se deben tener en consideración para el

diseño del sistema riego mediante un tren aéreo automático?

• ¿Cuáles son los factores a tomar en cuenta para calcular la demanda de agua del vivero

y las cargas a las que va a estar sometida su estructura de soporte?

• ¿Qué tipo de materiales y componentes se deberían utilizar para la elaboración del

control del sistema de riego automático?

• ¿Qué estándares de calidad permitirá alcanzar con la implementación de un sistema de

riego automático mediante un tren aéreo automático?

6

1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo general

Diseñar un sistema de riego móvil para un vivero de plantas de tabaco, con estructura

soportante móvil.

1.2.2. Objetivos específicos

• Calcular la demanda de agua del vivero para el dimensionamiento del potencial hídrico.

• Diseñar el sistema de riego automático para vivero de plantas de tabaco.

• Realizar un análisis de costo-beneficio del sistema automatizado de riego.

• Elaborar los planos de construcción para la instalación del sistema de riego.

1.3. Justificación

En los últimos años en la agricultura, el incremento de los costos de producción, los

requerimientos de mayor eficiencia, la creciente participación y competencia extranjera en

los mercados, han determinado la implementación de procesos automáticos, debido a la

necesidad de obtener un producto de buena calidad para mejorar las condiciones de venta en

los mercados para los productos de tabaco. Al contar con un sistema de riego automático se

tiene la oportunidad de optimizar el trabajo obteniendo como resultado una producción más

eficiente en sustituir los procesos convencionales por un proceso industrializado.

El presente proyecto tiene la finalidad de reducir de manera considerable el desperdicio de

insumos agrícolas y agua, utilizando un mecanismo automatizado de distribución hídrica

para los viveros de plantas de tabaco, el cual brindará importantes beneficios debido a que

su uso no radica exclusivamente para el riego sino también para la distribución de

fertilizantes, fungicidas y pesticidas que sirven para mejorar el desarrollo de la planta,

impidiendo que sean atacadas por enfermedades y plagas, además de generar otros

7

beneficios tales como reducción de mano de obra para esta actividad, evitar el desperdicio

de insumos agrícolas y agua, y por lo consiguiente evita pérdidas económicas.

Al diseñar el sistema de riego automático mediante un tren aéreo móvil equipado con

dispositivos electrónicos que permitirá el control del suministro de los recursos hídricos se

logrará una disminución del consumo de agua en las parcelas alcanzando mayor eficiencia

en el uso del agua y fertilizantes permitiendo la obtención de mayor producción y mejor

calidad de los productos y por consecuente mayores ganancias. Debido a que el cultivo de

tabaco es uno de los procesos agrícolas que más mano de obra humana utiliza, es por esta

razón que la automatización del sistema de riego garantiza un alivio en el productor ya que

satisfará todas sus pretensiones.

8

CAPÍTULO II

CAPÍTULO II. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN

9

2.1. Marco conceptual

2.1.1. Invernadero

Invernadero es toda aquella estructura cerrada, cubierta por materiales transparentes, dentro

de la cual es posible obtener condiciones artificiales de microclima, y con ello cultivar

plantas en condiciones óptimas y fuera de temporada. Es el sistema más simple y económico,

para captar energía solar en favor de los cultivos (1).

Un invernadero es una construcción agrícola que se diseña y se construye buscando generar

un microclima óptimo para el desarrollo y crecimiento de los cultivos. La optimización del

microclima dentro de estas estructuras agrícolas busca propósitos como aumentar el

rendimiento de los cultivos, mejorar la calidad del producto final, lograr la producción

sistemática y fuera de estación de cultivos hortícolas en zonas donde la condición climática

local en algunos periodos del año impide el establecimiento de estos a campo abierto (2).

2.1.2. Sistema de control

Un sistema de control automático es una interconexión de elementos que forman una

configuración denominada sistema, de tal manera que el arreglo resultante es capaz de

controlar se por sí mismo (3).

Un sistema de control manipula indirectamente los valores de un sistema controlado, con el

objetivo de gobernar un sistema sin que el operador intervenga gobernar un sistema sin que

el operador intervenga directamente sobre sus elementos. El operador manipula valores de

referencia y el sistema de manipula valores de referencia y el sistema de control se encarga

de transmitirlos al sistema control se encarga de transmitirlos al sistema controlado a través

de los accionamientos de sus de los accionamientos de sus salidas (4).

10

2.1.3. Automatización

La automatización es el conjunto de elementos o procesos informáticos, mecánicos y

electromecánicos que operan con mínima o nula intervención del ser humano. estos

normalmente se utilizan para optimizar y mejorar el funcionamiento de una planta industrial,

pero igualmente puede utilizarse la automatización en un estadio, una granja o hasta en la

propia infraestructura de las ciudades (5).

El término automatización se refiere a una amplia variedad de sistemas y procesos que

operan con mínima, incluso sin intervención, del ser humano. Un sistema automatizado

ajusta sus operaciones en respuesta a cambios en las condiciones externas en tres etapas:

mediación, evaluación y control (6).

La palabra automatización engloba un amplio abanico de sistemas y procesos con diferentes

campos de aplicación, en los cuales se requiere la mínima intervención del ser humano,

además debe de ser un sistema “flexible” el cual se debe ajustar de distintas maneras a los

posibles cambios en momentos puntuales (7).

2.1.4. Riego

El riego es un procedimiento que consiste en el aporte artificial de agua a un determinado

terreno, generalmente con la intención de intentar con el mismo facilitar el crecimiento de

vegetales. Es implementado desde la antigüedad por su relevancia en el desarrollo de la

agricultura. En cada momento histórico fueron empleándose distintas técnicas para

garantizarlo, dejando testimonios de distintas formas de encarar este intento. El riego es

enormemente importante en zonas en las que pueden existir variabilidades de lluvias que

hagan perder cosechas o las hagan mermar considerablemente. Es por esta circunstancia que

el desarrollo de nuevas formas de proporcionar agua siempre estará presente para garantizar

una mejora en la producción de materias primas (8).

11

Hay casos en los que el aporte de agua resulta sencillo o en que la lluvia proporciona el agua

necesaria, pero por lo general no es así, por tal motivo la agricultura nació cerca de ríos y

lagos para facilitar el riego. Pero la expansión de la civilización humana obligó a los antiguos

pobladores a alejarse de los cuerpos de agua y a desarrollar diferentes técnicas de riego para

sus cultivos. El riego consiste en aportar agua al sustrato, para que las plantas (hortalizas,

pastos, hierbas, ornamentales, etc.) puedan crecer y/o desarrollarse. Ésta es una actividad

necesaria tanto en la hidroponía, como en la agricultura tradicional y la jardinería (9).

2.1.5. Sistema de riego

Los sistemas de riego son un conjunto de estructuras, que permiten determinar qué área

puede ser cultivada aplicándole el agua necesaria a las plantas. Consta de varios

componentes y estos dependerán de si se trata de riego superficial, por aspersión o por goteo

(10).

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 (11).

2.1.6. Riego por nebulización

Es un sistema de riego en el cual se expulsa agua en forma de neblina, a través de emisores

colocados en la parte superior de los cultivos, el cual además de suministrar agua o

fertilizante, contribuye a disminuir temperatura y elevar el nivel de humedad relativa en el

interior de los invernaderos (12).

12

Es cuando en el sistema, se expulsa agua en forma de neblina, a través de emisores colocados

en la parte superior de los cultivos, el cual además de suministrar agua o fertilizante,

contribuye en cierta forma a disminuir temperatura y elevar el nivel de humedad relativa en

el interior del invernadero. El riego por nebulización (niebla) es el apropiado para el cultivo

de esquejes tiernos (semi leñosos), en la producción intensiva de Forraje Verde Hidropónico,

en la producción de hongos y en la producción de plántulas (germinación de plantas), donde,

debido a la delicadeza de estos cultivos, las gotas grandes del riego podrían dañarlos (13).

2.1.7. Acero ASTM A-36

El acero ASTM A-36 es una aleación de acero al carbono de propósito general muy

comúnmente usado en los Estados Unidos, aunque existen muchos otros aceros, superiores

en resistencia, cuya demanda está creciendo rápidamente (14).

2.1.8. Análisis beneficio/costo

El análisis beneficio-costo, es una metodología para evaluar los beneficios y costos de un

proyecto y así determinar su rentabilidad mediante la utilización adecuada de los recursos,

desde el punto de vista económico y de bienestar social. Para realizar un análisis beneficio-

costo privado, únicamente se necesitan los costos y los ingresos del proyecto; un análisis

beneficio-costo social, por su parte, debe considerar las externalidades positivas y negativas,

asignarles un precio e incluirlas en el análisis. Usualmente se utiliza en la evaluación ex ante

para seleccionar entre diferentes alternativas de proyecto para compararlas con un escenario

sin proyecto y poder tomar decisiones (15).

La metodología para realizar el análisis consta de: i) identificar el proyecto y cómo se

ejecutará; ii) asegurar su viabilidad financiera, para calcular el valor actual neto; iii)

identificar costos y beneficios y estimarlos con los precios que expresan los costos de

oportunidad social de manera marginal, los cuales pueden determinarse utilizando métodos

de valoración económica (16) (17); iv) calcular el valor neto económico expresado a precio

constante con la tasa de descuento social, representada por la preferencia social de los

beneficios y costos actuales vs los futuros y v) realizar un análisis de sensibilidad sobre

escenarios alternativos con diferencias en costos y beneficios (15).

13

2.1.9. LRFD

La especificación AISC proporciona dos métodos aceptables para diseñar miembros de

acero estructural y sus conectores. Éstos son el Diseño con factores de carga y resistencia

(LRFD: Load and Resistance Factor Design) y el Diseño por esfuerzos permisibles (ASD:

Allowable Strength Design). Como vamos a aprender en este libro de texto, ambos

procedimientos se basan en los principios del diseño de estados límite, el cual proporciona

las fronteras de la utilidad estructural (18).

El término estado límite se usa para describir una condición en la que una estructura o parte

de ella deja de cumplir su función prescrita. Existen dos tipos de estados límite: los de

resistencia y los de servicio. Los estados límite de resistencia definen la capacidad de

sustentar una carga, incluyendo la fluencia excesiva, la fractura, el pandeo, la fatiga y el

movimiento bruto de cuerpo rígido. Los estados límite de servicio definen el

comportamiento, incluyendo la deflexión, el agrietamiento, los deslizamientos, la vibración

y el deterioro. Todos los estados límite deben evitarse (18).

En el mejor de los casos, el efecto combinado de las cargas múltiples, en relación con un

estado límite específico o modo de falla, se puede describir con una función de densidad de

probabilidad matemática. Además, el estado límite estructural puede describirse con otra

función de densidad de probabilidad matemática. Para este caso ideal, las dos funciones de

densidad de probabilidad arrojan una relación matemática, ya sea para la diferencia entre las

dos medias o su cociente, y la posibilidad de que la carga sobrepase a la resistencia (18).

El margen establecido entre la resistencia y la carga en los casos reales tiene como objetivo

reducir la probabilidad de falla, dependiendo de las consecuencias de la falla o de la falta de

servicio. La pregunta que tenemos es cómo lograr este objetivo cuando generalmente se

dispone de información insuficiente para una descripción completamente matemática, ya

sea de la carga o de la resistencia. El LRFD es un enfoque; el ASD es otro. Ambos métodos

tienen como objetivo obtener un margen numérico entre la resistencia y la carga que

conduzca a una probabilidad aceptablemente pequeña de una respuesta estructural

inaceptable (18).

14

2.1.10. Resistencia nominal

La resistencia nominal de un miembro es su resistencia teórica calculada, sin la aplicación

de factores de seguridad (Æs) o de resistencia (fs). En el método LRFD, se multiplica un

factor de resistencia, generalmente menor que 1.0, por la resistencia nominal del miembro,

o en el método ASD, la resistencia nominal se divide entre un factor de seguridad,

generalmente mayor que 1.0, para considerar las variaciones de la resistencia del material,

las dimensiones del miembro, y la mano de obra, así como la manera y las consecuencias de

la falla (18).

2.1.11. Poleas

Una polea es una rueda con una ranura que gira alrededor de un eje por la que se hace pasar

una cuerda que permite vencer una resistencia R de forma cómoda aplicando una fuerza F.

De este modo se puede elevar pesos hasta cierta altura. Es un sistema de transmisión lineal,

pues el movimiento de entrada y salida es lineal (19).

2.1.12. Bandas

Se pueden emplear para distancias grandes entre centros. Excepto en el caso de las bandas

de sincronización, existe un cierto deslizamiento y fluencia; por lo tanto, la relación de la

velocidad angular entre los ejes impulsor e impulsado no es constante ni exactamente igual

a la relación de los diámetros de las poleas. En algunos casos se requiere de una polea guía

o tensora para evitar ajustes en la distancia entre centros, que por lo general se necesitan

debido al envejecimiento o a la instalación de bandas nuevas (19).

2.1.13. Carrete retráctil

Las mangueras y cables generalmente duran hasta cinco veces más con esta herramienta,

mejorando además la administración de éstos, lo que disminuirá costos de mano de obra y

probabilidades de lesiones, ahorrando tiempo de horas de trabajo pérdidas. A la vez también

permiten ahorrar tiempo y dinero en el reemplazo del equipo de trabajo, así como el de las

costosas mangueras y cables que son maltratados por el paso de montacargas y otros

vehículos (21).

15

2.2. Marco referencial

2.2.1. Generalidades del cultivo de tabaco

Según Jurado (2013), la descripción taxonómica del tabaco es la siguiente:

Nombre científico: Nicotiana tabacum L.

Nombre común: Tabaco

Reino: Plantae.

División: Magnoliophyta.

Clase: Magnoliopsida.

Orden: Solanales.

Familia: Solanaceae

Género: Nicotiana

Especie: tabacum L

El tabaco crece normalmente como planta anual, aunque es potencialmente perenne; en

condiciones ambientales favorables puede durar mucho tiempo. Tiene aspecto de hierba

arbustiva. En el género existen diversas especies con marcadas diferencias; incluso, dentro

de la misma especie Nicotiana tabacum L., se encuentra en variado número de clases o tipos

de tabaco y gran cantidad de variedades y cultivares con evidentes diferencias; debido a lo

cual se le considera una especie polimorfa (15).

La planta del tabaco está constituida por un 90% de agua, por lo que el aporte de ésta es vital

para su desarrollo. Una mala gestión del riego va a generar un producto con poco interés

para la industria tabacalera. Se debe tener en cuenta el tipo de suelo para la elección de la

frecuencia de repetición siendo en los suelos arenosos más cortas que en los francos (16).

Es muy importante regar antes del momento del trasplante para ayudar a que las raíces de

las plantas se desarrollen en profundidad. El resto de riegos dependerá de los factores

edafoclimáticos del cultivo, pero en la mayoría de ocasiones tras el trasplante se suministran

unos 5 riegos dejando pasar desde el trasplante hasta el primer riego aproximadamente de

15 a 20 días observando siempre el estado del cultivo (16).

16

El tabaco de capa (negro) tiene una alta rentabilidad que puede aprovecharse como una

nueva alternativa de inversión en el país. Se considera que el tabaco del Ecuador es 100%

exportable y porque en el país se produce una singular calidad (15).

Considerando una explotación con toda la infraestructura necesaria: riego, casas de curado

y fermentación, bodegas, equipos etcétera, la rentabilidad neta sobrepasa el 70% siempre y

cuando el propio productor venda su tabaco en las subastas del mundo. El tabaco de capa es

más complicado producirlo que los llamados Virginia y Burley (rubios), pues estas hojas no

se aceptan con roturas ni manchas de enfermedades y su color debe ser parejo para que las

fábricas de puros lo destinen como raper o envoltura que es usualmente el componente más

costoso del cigarro (17).

Las zonas más aconsejables son aquellas de baja luminosidad ya que el exceso de horas sol

provoca el engrosamiento de la hoja y la pérdida de su elasticidad que es fundamental para

servir como envoltura y para la concentración de la nicotina. El tabaco de capa es más

costosa, debido a que los cuidados fitosanitarios y de manejo son intensivos, los costos están

alrededor de $ 2.800/ha, $300 más que las otras variedades de tabaco de fines distintos

(cigarrillos) (17).

Los semilleros se instalan en abril y el corte de hojas va de agosto a noviembre. Es requisito

tener riego. Las tareas más exigentes del cultivo son: control fitosanitario, aporque,

trasplante, cosecha y clasificación. Todo responde a un estricto programa. Según la versión

de un experimentado cultivador que nos pidió no dar su nombre, del 25 al 30% se diferencia

el presupuesto que fija la industria para desarrollar el cultivo con el de él. “El margen para

el agricultor se estrecha, sobre todo cuando hay quince clases de calidades de hoja, pero el

cigarrillo las tiene mezcladas (17).

2.2.2. Usos del tabaco

El tabaco, en los tiempos modernos, ha ganado bastante mala reputación. Ya que

generalmente se asocia con fumar recreativamente, las personas tienden a verlo como algo

que no se desea. Sin embargo, esta planta olvidada desde hace mucho tiempo tiene una gran

variedad de usos y curas en la manga que pueden ser útiles en el hogar (18).

17

Buganan (2017), sostiene que las hojas de tabaco tienen diferentes usos entre los cuales se

pueden mencionar:

• Matar las plagas: El tabaco es un gran veneno para las plagas del jardín, especialmente

para los ciempiés, las orugas y los caracoles que tienden a alimentarse de las hojas. Para

deshacerse de ellos, empape el suelo con una mezcla de agua, ajo picado y hojas de

tabaco. Las criaturas al aire libre no pueden soportar el olor a nicotina que actúa como

repelente de diferentes especies de insectos fitófagos. Esta solución puede oler muy mal.

Guárdelo para espacios al aire libre y manténgase alejado de él en jardines interiores

para evitar apestar su hogar.

• Aliviar las alergias: Una cataplasma de hojas de tabaco para poner en la piel

inflamaciones puede ayudar a calmar la picazón y el dolor leve. La nicotina en el tabaco

es responsable de extraer los alérgenos y reparar la piel hasta que vuelva a la normalidad.

• Hacer un repelente de insectos totalmente natural: Se puede mantener alejados los

mosquitos y las chinches hirviendo un paquete de tabaco de mascar en un galón de agua.

Después de dejarla reposar por unas horas mientras se enfría, cuele bien la mezcla y

rocíela alrededor donde se necesite el control de plagas.

• Dar primeros auxilios a los cortes menores: En caso de que no haya yodo tópico a la

vista, puede usar tabaco molido para evitar que las heridas nuevas se conviertan en

piquetes. Simplemente humedezca las hojas con un poco de agua fría para formar una

pasta y aplique sobre el área afectada.

• Borrar las fosas nasales: Como un remedio casero para los resfriados, los nativos

americanos solían hervir tabaco con salvia del desierto e inhalar el vapor o fumar las

hojas para limpiar los pulmones. También creían que ayuda a las personas con asma y

tuberculosis a respirar mejor. Antes de probar este corte, se debe consultar a un médico

para evitar más problemas de salud.

18

2.2.3. Aspectos relevantes de los sistemas de riego

Una vez que se instala un sistema de riego, se deben evaluar las características hidráulicas

conforme al diseño, como la presión de operación, que contemple las pérdidas de carga

hidráulica permisibles no mayores a 20%, que corresponden a un decremento de caudales

en la emisión de 10%, y que ambos valores porcentuales permitan que el sistema hidráulico,

proporcione una uniformidad de aplicación del agua 90% de las unidades de riego. Esto es

válido para todo sistema de riego presurizado en todas sus variantes (19).

En los sistemas presurizados el patrón de mojado depende de la cantidad de agua aplicada,

la que a su vez depende de la presión con la que se aplica, siempre y cuando no ocurra flujo

superficial por exceso de aplicación. La cuantificación de la variabilidad del patrón de

mojado permite generar índices de la eficiencia de riego, con base en el cual se pueden tomar

decisiones para mejorar la operación del sistema incrementando su rentabilidad, ya sea por

mayores rendimientos, mejor calidad de cosecha, ahorro de volúmenes de agua o cualquier

combinación de lo anterior (19).

Los sistemas de riego a presión se proyectan para que la diferencia de volúmenes o láminas

de riego en dos puntos extremos en una línea de aplicación no sea mayor a 10%, para una

diferencia de presiones no mayor a 20%; esto garantiza que el agua suministrada tenga al

menos 90% de uniformidad de distribución (19). El coeficiente de uniformidad indica el

porcentaje de variación en la lámina de agua aplicado a la superficie del suelo de una unidad

de riego. Se obtiene mediante el aforo de 16 emisores (microaspersores) igualmente

espaciados en una unidad de riego. Este coeficiente es de utilidad tanto para el diseño de

riego como para la evaluación del sistema (19).

En los sistemas de microaspersión, el agua es aplicada sobre una superficie limitada del

terreno en forma pulverizada y se desplaza en el suelo en función de tres factores

fundamentales: a) las propiedades y características del perfil físico del suelo; b) el volumen

de agua aplicado; y c) el caudal del emisor. La mayoría de los sistemas de riego por aspersión

requieren un valor mínimo de uniformidad de distribución de agua de 80%. La falta de

uniformidad en la aplicación puede afectar el rendimiento de la cosecha y la eficiencia de

uso del agua, lo cual ha sido demostrado por diferentes investigadores (21).

19

La ineficiencia de manejo del riego da como resultado la producción ineficiente de los

cultivos irrigados, cuyos indicadores más evidentes son los bajos rendimientos y la mala

calidad de los productos obtenidos; además, propicia el desperdicio del vital líquido e

incrementa proporcionalmente el riesgo de contaminación del acuífero, así como los costos

de la extracción del agua y de la aplicación del riego, propiciando una baja rentabilidad de

los sistemas de producción. Una de las soluciones planteadas es el empleo de técnicas de

riego eficientes en el uso del aguay la energía, sobre todo en áreas en las que el recurso

hídrico es escaso (19).

2.2.4. Criterios para la selección de un invernadero

Según Santander (2017), la elección de un tipo de invernadero está en función de una serie

de factores o aspectos técnicos como los siguientes:

• Tipo de suelo: Se deben elegir suelos con buen drenaje y de alta calidad, aunque con

los sistemas modernos de fertirriego es posible utilizar suelos pobres con buen drenaje

o sustratos artificiales.

• Topografía: Son preferibles lugares con pequeña pendiente orientados de norte a sur.

• Vientos: Se tomarán en cuenta la dirección, intensidad y velocidad de los vientos

dominantes.

• Requerimientos bioclimáticos: De acuerdo a la especie en cultivo.

• Características climáticas: De acuerdo a la zona o área geográfica donde vaya a

construirse el invernadero.

• Disponibilidad de mano de obra: Se debe considera la disponibilidad del factor

humano que será el que realice las diferentes labores en el interior del invernadero.

• Imperativos económicos locales (mercado y comercialización).

20

2.2.5. Tipos de invernaderos

2.2.5.1.Invernadero plano

Está compuesto de dos partes: una estructura vertical y otra horizontal, bien diferenciadas.

Generalmente, se utiliza en zonas con escasas precipitaciones. La estructura vertical está

conformada por soportes rígidos perimetrales de madera o acero galvanizado, usualmente

cilíndricos, que tienen una inclinación hacia el exterior de unos 30° con respecto a la vertical;

estos soportes están situados en las bandas laterales y en las esquinas, y sujetados en su parte

superior; sirven para tensar las cuerdas de alambre de la cubierta. Posee, también, soportes

o pies interiores intermedios (22).

La estructura horizontal está constituida por dos mallas de alambre galvanizado

superpuestas, implantadas manualmente, las que sirven para portar y sujetar la lámina de

plástico. Los invernaderos planos tienen una altura de cubierta que varía entre 2 y 3.5 m; la

altura de las bandas oscila entre 2 y 2.7 m (23).

Los soportes del invernadero se apoyan en bloques tronco piramidal prefabricado, de

hormigón, colocado sobre pequeños pozos de cimentación (24). Este invernadero se ilustra

en la siguiente figura:

Figura 1. Invernadero plano

Fuente: Erazo & Sánchez (2011)

21

Según Marín (2013), las principales ventajas de los invernaderos planos son:

• Su economía de construcción.

• Su gran adaptabilidad a la geometría del terreno.

• Mayor resistencia al viento.

• Aprovecha el agua de lluvia en periodos secos.

• Presenta una gran uniformidad luminosa.

Erazo & Sánchez (2011), mencionan que este tipo de invernaderos presentar las siguientes

desventajas:

• Poco volumen de aire.

• Mala ventilación.

• La instalación de ventanas cenitales es bastante difícil.

• Demasiada especialización en su construcción y conservación.

• Rápido envejecimiento de la instalación.

• Poco o nada aconsejable en los lugares lluviosos.

• Peligro de hundimiento por las bolsas de agua de lluvia que se forman en la lámina de

plástico.

• Peligro de destrucción del plástico y de la instalación por su vulnerabilidad al viento.

• Difícil mecanización y dificultad en las labores de cultivo por el excesivo número de

postes, alambre de los vientos, piedras de anclaje, etc.

• Poco estanco al goteo del agua de lluvia y al aire ya que es preciso hacer orificios en el

plástico para la unión de las dos mallas con alambre, lo que favorece la proliferación

de enfermedades fúngicas.

22

2.2.5.1.1. Invernadero en raspa y amagado

El invernadero en raspa y amagado, tiene una estructura similar a la del invernadero plano;

pero, varía la forma de la cubierta. En la cumbrera, la altura máxima del invernadero oscila

entre 3 y 4.2 m, formando una raspa. En la parte más baja amagado se unen las mallas de la

cubierta al suelo mediante vientos y horquillas de hierro que permiten colocar los canalones

para el desagüe de las aguas pluviales. La altura del amagado oscila de 2 a 2.8 m; la de las

bandas, entre 2 y 2.5 m; la separación entre apoyos y los vientos del amagado es de 2 x 4 m.

El ángulo de la cubierta oscila entre 6° y 20° este último es el valor óptimo (1). La

orientación recomendada es en dirección este-oeste. Por lo cual se ilustra en la Figura 2.

Figura 2. Invernadero en raspa y amagado


Ventajas de los invernaderos tipo raspa y amagado:

• Su economía.

• Tiene mayor volumen unitario y por tanto una mayor inercia térmica que aumenta la

temperatura nocturna con respecto a los invernaderos planos.

• Presenta buena estanqueidad a la lluvia y al aire, lo que disminuye la humedad interior

en periodos de lluvia.

• Presenta una mayor superficie libre de obstáculos.

• Permite la instalación de ventilación cenital situada a sotavento, junto a la arista de la

cumbrera.

23

Inconvenientes:

• Diferencias de luminosidad entre la vertiente sur y la norte del invernadero.

• No aprovecha las aguas pluviales.

• Se dificulta el cambio del plástico de la cubierta.

• Al tener mayor superficie desarrollada se aumentan las pérdidas de calor a través de la

cubierta.

2.2.5.1.2. Invernadero asimétrico o inacral

También se denominan “Invernaderos Tropicales” porque su uso está muy extendido en

estas regiones. Su geometría es asimétrica porque, a diferencia de los invernaderos tipo

capilla y góticos, uno de los lados de la cubierta está más inclinado que el otro. La inclinación

de la cubierta se estudia en función de la incidencia perpendicular sobre la misma de la luz

al medio día solar, durante el invierno, con el objetivo de aprovechar al máximo la radiación

solar incidente (23).

Está diseñado para el desarrollo de todo tipo de cultivos en clima tropical, con temperaturas

cálidas y alta humedad. Proporciona una eficaz ventilación cenital, siendo esta normalmente

fija. Las ventanas cenitales suelen orientarse para proteger al cultivo de los vientos fuertes

típicos de las regiones tropicales (25).

Difiere de los tipos raspa y amagado en el aumento de la superficie en la cara expuesta al

sur, con objeto de aumentar su capacidad de captación de la radiación solar. Para ello el

invernadero se orienta en sentido este-oeste, paralelo al recorrido aparente del sol, como se

muestra en la Figura 3. La inclinación de la cubierta debe ser aquella que permita que la

radiación solar incida perpendicularmente sobre la cubierta al mediodía solar durante el

solsticio de invierno, época en la que el sol alcanza su punto más bajo. Este ángulo deberá

ser próximo a 60º pero ocasiona grandes inconvenientes por la inestabilidad de la estructura

a los fuertes vientos. Por ello se han tomado ángulo comprendidos entre los 8 y 11º en la

cara sur y entre los 18 y 30º en la cara norte (2).

24

La altura máxima de la cumbrera varía entre 3 y 5 m, y su altura mínima de 2.3 a 3 m. La

altura de las bandas oscila entre 2.15 y 3 m. La separación de los apoyos interiores suele ser

de 2x4 m (24).

La ventilación de este invernadero suele ser fija y es resuelta a través de las aperturas

localizadas en el centro de cada uno de los arcos estructurales que corren a lo largo de todo

el techo. Las aperturas permiten ventilación natural y la salida de aire caliente (26).

Figura 3. Invernadero asimétrico o inacral


2.2.5.1.3. El invernadero de capilla simple

La techumbre forma uno o dos planos inclinados, según sea a un agua o a dos aguas. El

ancho que suele darse a este tipo de invernadero es de 12 a 16 m. La altura en cumbrera está

comprendida entre 3.25 y 4 m. Si la inclinación de los planos de la techumbre es mayor a

25°, no ofrece inconvenientes en la evacuación del agua de lluvia. La ventilación se realiza

a través de ventanas frontales y laterales; pero, cuando se trata de estructuras formadas por

varias naves unidas, la ausencia de ventanas cenitales dificulta la ventilación (20). Este

invernadero se ilustra en la Figura 4.

25

Ventajas de los invernaderos asimétricos:

• Buen aprovechamiento de la luz en la época invernal.

• Su economía.

• Elevada inercia térmica debido a su gran volumen unitario.

• Es estanco a la lluvia y al aire.

• Buena ventilación debido a su elevada altura.

• Permite la instalación de ventilación cenital a sotavento.

Inconvenientes de los invernaderos asimétricos:

• No aprovecha el agua de lluvia.

• Se dificulta el cambio del plástico de la cubierta.

• Tiene más pérdidas de calor a través de la cubierta debido a su mayor superficie

desarrollada en comparación con el tipo plano.

2.2.5.1.4. Invernadero de capilla

Los invernaderos de capilla simple tienen la techumbre formando uno o dos planos

inclinados, según sea a un agua o a dos aguas.

Figura 4. Invernadero de capilla simple

Fuente: Barrera, Herrero & Meraz (2014)

26

Este tipo de invernadero se utiliza bastante, destacando las siguientes ventajas:

• Es de fácil construcción y de fácil conservación.

• Es muy aceptable para la colocación de todo tipo de plástico en la cubierta.

• La ventilación vertical en paredes es muy fácil y se puede hacer de grandes superficies,

con mecanización sencilla. También resulta fácil la instalación de ventanas cenitales.

• Tiene grandes facilidades para evacuar el agua de lluvia.

• Permite la unión de varias naves en batería.

La anchura que suele darse a estos invernaderos es de 12 a 16 metros. La altura en cumbrera

está comprendida entre 3,25 y 4 metros.

Si la inclinación de los planos de la techumbre es mayor a 25º no ofrecen inconvenientes

en la evacuación del agua de lluvia.

La ventilación es por ventanas frontales y laterales. Cuando se trata de estructuras

formadas por varias naves unidas la ausencia de ventanas cenitales dificulta la ventilación.

2.2.5.1.5. El invernadero de doble capilla

Está formado por dos naves yuxtapuestas , su ventilación es mejor que en otros tipos de

invernadero, debido a la ventilación cenital en la cumbrera de los dos escalones que forma

la yuxtaposición de las naves; estas aberturas de ventilación suelen permanecer abiertas

constantemente y, por lo general, cuentan con malla mosquitera (24).

La anchura que suele darse a estos invernaderos es de 12 a 16 metros. La altura en cumbrera

está comprendida entre 3.25 y 4 metros. Si la inclinación de los planos del techo es mayor a

25º no ofrecen inconvenientes en la evacuación del agua de lluvia. La ventilación es por

ventanas frontales y laterales. Cuando se trata de estructuras formadas por varias naves

unidas la ausencia de ventanas cenitales dificulta la ventilación (26).

27

También posee ventilación vertical en las paredes frontales y laterales. Este tipo de

invernadero no está muy extendido debido a que su construcción es más dificultosa y

costosa, respecto del tipo de invernadero de capilla simple a dos aguas como se muestra en

la siguiente figura:

Figura 5. Invernadero de doble capilla

Fuente: Santander (2017)

2.2.5.1.6. Invernadero túnel o semicilíndrico

Se caracteriza por la forma de su cubierta y por su estructura totalmente metálica. El empleo

de este tipo de invernadero se está extendiendo por su mayor capacidad para el control de

los factores climáticos, su gran resistencia a fuertes vientos y su rapidez de instalación al ser

estructuras prefabricadas (24).

Los soportes son de tubos de hierro galvanizado y tienen una separación interior de 5x8 o

3x5 m. La altura máxima de este tipo de invernaderos oscila entre 3,5 y 5 m. En las bandas

laterales se adoptan alturas de 2.5 a 4 m (25).

28

El ancho de estas naves está comprendido entre 6 y 9 m y permiten el adosamiento de

varias naves en batería. La ventilación es mediante ventanas cenitales que se abren hacia el

exterior del invernadero.

De acuerdo a Jurado (2013), el invernadero túnel o también denominado como

semicilíndrico posee las siguientes ventajas:

• Estructuras con pocos obstáculos en su estructura.

• Buena ventilación.

• Buena estanqueidad a la lluvia y al aire.

• Permite la instalación de ventilación cenital a sotavento y facilita su accionamiento

mecanizado.

• Buen reparto de la luminosidad en el interior del invernadero.

• Fácil instalación.

El mismo autor menciona que los principales inconvenientes que tiene este invernadero

son:

• Elevado costo.

• No aprovecha el agua de lluvia

Figura 6. Invernadero túnel o semicilíndrico


29

2.2.5.1.7. Invernaderos de cristal o tipo venlo

Este tipo de invernadero, también llamado Venlo, es de estructura metálica prefabricada con

cubierta de vidrio y se emplean generalmente en el Norte de Europa. En México algunos

agroparques ya cuentan con estos invernaderos con alta tecnología. El techo de este

invernadero está formado por paneles de vidrio que descansan sobre los canales de recogida

de pluviales y sobre un conjunto de barras transversales. La anchura de cada módulo es de

3.2 m Desde los canales hasta la cumbrera hay un solo panel de vidrio de una longitud de

1.65 m y anchura que varía desde 0.75 m hasta 1.6 m La separación entre columnas en la

dirección paralela a las canales es de 3 m En sentido transversal están separadas 3.2 m si hay

una línea de columnas debajo de cada canal, o 6.4 m si se construye algún tipo de viga en

celosía (26).

La principal ventaja de este tipo de invernadero es la buena estanqueidad, lo que facilita

una mejor climatización de los invernaderos (24).

Entre las desventajas de este tipo de invernadero Miserendino y Astorquizaga (2014),

indican las siguientes:

• La abundancia de elementos estructurales implica una menor transmisión de luz.

• Su elevado costo.

• Naves muy pequeñas debido a la complejidad de su estructura.

Figura 7. Invernadero de cristal o tipo venlo

Fuente: Santander (2017)

30

2.2.6. Usos ventajas e inconvenientes del de riego por nebulización

Básicamente, el sistema de riego por nebulización consiste en distribuir por todo el lugar de

cultivo unos pulverizadores de agua que esparcen gotas por todo el ambiente, generando una

niebla cuando las mismas se evaporan, absorbiendo parte de la energía solar recibida,

humedeciendo y enfriando el local. También se aprovecha para suministrar fertilizantes e

insecticidas por vía aérea (27).

Esta técnica resulta más apropiada para el cultivo de esquejes tiernos semileñosos, en la

producción de hongos y de plántulas, y en la producción intensiva de forraje verde

hidropónico. Esto obedece a que todos ellos son cultivos muy delicados, que pueden resultar

dañados si se los somete a un sistema de riego tradicional. Las plantas tropicales también se

ven beneficiadas con el uso del riego por nebulización, ya que necesitan un nivel elevado de

humedad (28).

Este tipo de riego también presenta ventajas considerables frente a otros sistemas debido a

su riego uniforme y que el tamaño de la gota no llega a compactar el sustrato, que podría

afectar seriamente el normal crecimiento de las raíces de las plantas, entre otros

inconvenientes (29).

En el caso de los invernaderos, se acostumbra colocar las líneas o aspersores en el techo de

la estructura de la caseta de polietileno, para que las mismas rieguen en forma de lluvia hacia

las plantas. Debido a que la brisa puede alterar la franja de riego, esta técnica no es muy

usada en jardinería a cielo abierto, aunque existen algunas excepciones, basadas en la

colocación de los aspersores en el mismo nivel de las plantas, sobre todo para el riego de

rosales y arbustos (27).

Otra razón por la que también se puede recurrir al empleo de los sistemas de riego por

nebulización en ambientes exteriores es que los mismos pueden ayudar a disminuir la

existencia del polvo en suspensión (29).

31

Por supuesto, el uso de sistemas de riego por nebulización no está del todo libre de problemas

y es importante prestar atención a uno o dos aspectos en particular para asegurarse de obtener

el máximo rendimiento de esta técnica (28).

Uno de los inconvenientes más comunes que plantea el riego por nebulización es la

posibilidad de generar un nivel de humedad excesivo para las especies que se están

cultivando, c

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