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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE
SALINA CRUZ
ASIGNATURA
TALLER DE INVESTIGACIÓN I
CLAVE: ACA-0909
DOCENTE: ROMÁN NÁJERA SUSANA MÓNICA
UNIDAD II AVANCE VII
“MARCO TEÓRICO SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO”
PRESENTA EQUIPO 13:
VILLANUEVA FIGUEROA ALEXIS
TORRES GÓMEZ DANIEL E.
JIMÉNEZ GONZÁLEZ ARMANDO
6° SEMESTRE GRUPO “C”
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
SALINA CRUZ, OAXACA; ABRIL DEL 2015
I. MARCO TEÓRICO
1.1 EL AGUA
El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos
átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia
de todas las formas conocidas de vida. El término agua, generalmente, se refiere a
la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en su forma sólida
llamada hielo, y en forma gaseosa denominada vapor.
El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre. Se localiza
principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los
glaciares y casquetes polares poseen el 1,74%, los depósitos subterráneos
(acuíferos), los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se
reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera,
embalses, ríos y seres vivos.
Se estima que aproximadamente el 70% del agua dulce es usada para agricultura.
El agua en la industria absorbe una media del 20% del consumo mundial,
empleándose en tareas de refrigeración, transporte y como disolvente de una gran
variedad de sustancias químicas. El consumo doméstico absorbe el 10% restante.
1.2 EL AGUA EN LA AGRICULTURA.
La mayor parte del agua se destina a la agricultura, y es utilizada para irrigar los
cultivos. La relación directa entre recursos hídricos y producción de alimentos es
crítica por tanto para una población humana en constante crecimiento. La
irrigación absorbe hasta el 90% de los recursos hídricos de algunos países en
desarrollo.
La agricultura es un sistema de producción tan antiguo que se ha sabido adaptar a
los diferentes regímenes hídricos de cada país: Así, en zonas donde se den
abundantes precipitaciones suelen realizarse cultivos de regadío, mientras que en
zonas más secas son comunes los cultivos de secano. Más recientemente, y en
entornos más adversos, como el desierto se ha experimentado con nuevas formas
de cultivo, centradas en minimizar el consumo de agua.
En la actualidad una de las vertientes más activas de la investigación genética
intenta optimizar las especies que el hombre usa como alimento. Actualmente la
agricultura supone una importante presión sobre las masas naturales de agua,
tanto en cantidad como en calidad. Así, el agua que precisan los regadíos supone
una disminución de los caudales naturales de los ríos y un descenso de los niveles
de las aguas subterráneas que ocasionan un efecto negativo en los ecosistemas
acuáticos.
1.3 LA IMPORTANCIA DEL AGUA EN LA AGRICULTURA
La agricultura depende del clima y de las condiciones naturales. Las condiciones
climáticas cambiantes producen desequilibrios entre las precipitaciones y las
necesidades de los cultivos durante la vegetación, lo cual entraña graves
consecuencias para los rendimientos y para la calidad de los productos agrícolas.
El riego es una herramienta vital que sustenta a la producción en diferentes áreas.
En ausencia del riego, aparece el riesgo del abandono de las tierras y las graves
dificultades económicas, por no hablar de la posible deslocalización de la
producción agrícola. Las tecnologías de riego mejoradas y las prácticas de ahorro
de agua se convertirán en claves esenciales para salvaguardar la producción
agrícola en dichas regiones.
Es bien sabido por todos que el agua es un recurso fundamental e importante para
el desarrollo de la vida, lo cual nos hace que tomemos conciencia de su uso
adecuado, proteger su utilización y su correcto uso. Pero, mientras que en partes
del mundo el agua es muy escaza y millones de personas mueren a falta de este
recurso; en nuestro país y porque no decir en muchos países de América, el agua
no es tan valorada. Por todo ello, nuestros hábitos de consumo tanto
despreocupados como irresponsables, el aumento de la concentración de la
población mundial, la contaminación de las fuentes básicas de obtención y otros
factores han provocado que muchos expertos en la materia hayan puesto el grito
en el cielo como uno de los principales focos de preocupación medioambiental.
1.4. TIPOS DE RIEGO.
El riego es fundamental si estamos pensando en la siembra, en cultivar tomates,
fresas o las plantas que fueren. Mediante el riego damos agua al suelo para que
las plantas puedan crecer. Existen diferentes tipos de riego. A nivel mundial, el
riego consume un alto porcentaje de recursos hídricos. Por ello, actualmente se
intenta probar los diferentes tipos de riego existentes con la intención de ahorrar
agua sin que ello afecte a la siembra. Existen diferentes sistemas o tipos de riego.
Entre los más eficientes y más respetuosos del cuidado del medio ambiente se
hallan:
Cobertura integral: es el tipo de riego más antiguo que se adapta
fácilmente en cualquier terreno. El método puedes ser automatizado, móvil
o de los que se entierran con un elevador telescópico.
Gota a gota o riego localizado: este tipo de riego arroja el agua con muy
baja presión hasta las raíces y hasta distribuir el goteo. Se hace con ayuda
de tubos pequeños, dispuestos en el suelo o enterrados. Se riega con
mucha precisión pero, fundamentalmente, se hace porque este tipo de riego
ayuda a ahorrar mucha cantidad de agua. Además, se limitan las pérdidas
por evaporación, dispersión o infiltración. En la actualidad, la gota a gota se
utiliza mucho para regar frutas, verduras, cereales, flores o viveros
pequeños. Por supuesto, podríamos utilizarlo en invernaderos pequeños o
también en invernaderos caseros.
Pulverización o aspersión: son canalizaciones subterráneas que
distribuyen el agua a través de las tuberías. Una especie de lluvia fina,
riegan las plantaciones proyectando el agua bajo presión.
Todos diferentes tipos de riego que ayudan a ahorrar agua y a preservar a nuestro
medio ambiente al mismo tiempo que están haciendo posible la vida de las
plantas.
1.5. RIEGO AUTOMÁTICO.
El sistema más recomendable para regar un jardín es mediante una instalación de
riego automático. Sale un poco más caro que uno con apertura manual de llaves
pero vale la pena implementarlo. Las razones son:
1. Puede ser programado para que riegue exactamente los días de la semana que
quieras y el tiempo que desees cada vez. Por ejemplo, lunes, miércoles, viernes y
domingo, de 7 de la mañana a 7:30 a.m.
2. Ahorra tiempo y trabajo. No hay que molestarse en abrir ni cerrar llaves, ni
cambiar aspersores, mangueras, de sitio.
3. El agua se distribuye uniformemente, gracias a los aspersores y difusores bien
regulados y fijos.
4. Se puede regar por la noche o al amanecer. A esas horas hay menos viento, al
césped le cae mejor puesto que no hace tanto calor, se pierde menos agua por
evaporación y además hay más presión en la red.
5. El riego automático es apto para todo tipo de emisores: aspersores, difusores,
goteo, cintas de exudación, micro aspersores y riego subterráneo.
1.6 SISTEMAS DE CONTROL
Sistema de control en lazo abierto
• Aquellos en los que la variable de salida (variable controlada) no tiene efecto
sobre la acción de control (variable de control).
• Características
– No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida del
sistema (referencia).
– Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación
fijada.
– La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del controlador.
– En presencia de perturbaciones estos sistemas de control no cumplen su
función adecuadamente.
– El control en lazo abierto suele aparecer en dispositivos con control secuencial,
en el que no hay una regulación de variables sino que se realizan una serie de
operaciones de una manera determinada. Esa secuencia de operaciones puede
venir impuesta por eventos (event-driven) o por tiempo (timedriven). Se programa
utilizando PLCs (controladores de lógica programable).
Ejemplo de sistemas de control en lazo abierto
Regulación del volumen de un tanque.
Los primeros son manuales pues requieren que una persona ejecute una acción
que indique al sistema qué hacer. Para mantener constante el nivel del agua en el
tanque es necesario que una persona accione la válvula cuando el caudal cambie.
Sistemas de control en lazo cerrado
Sistema de control en lazo cerrado aquellos en los que la señal de salida del
sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control
(variable de control).
•Definición: control retroalimentado
– Operación que en presencia de perturbaciones tiende a reducir la diferencia
entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia. Esta reducción se
logra manipulando alguna variable de entrada del sistema, siendo la magnitud de
dicha variable de entrada función de la diferencia entre la variable de referencia y
la salida del sistema.
• Clasificación
– Manuales: controlador operador humano
– Automático: controlador dispositivo
• Neumático, hidráulico, eléctrico, electrónico o digital (microprocesador)
Sistemas de control en lazo cerrado
•Sistema de control en lazo cerrado aquellos en los que la señal de salida del
sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control
(variable de control).
•Definición: control retroalimentado
– Operación que en presencia de perturbaciones tiende a reducir la diferencia
entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia. Esta reducción se
logra manipulando alguna variable de entrada del sistema, siendo la magnitud de
dicha variable de entrada función de la diferencia entre la variable de referencia y
la salida del sistema.
Clasificación
– Manuales: controlador operador humano
– Automático: controlador dispositivo
• Neumático, hidráulico, eléctrico, electrónico o digital (microprocesador)
Ejemplo de sistemas de control en lazo cerrado
Control iluminación de calles.
El sistema de control, a través de un transductor de realimentación, conoce en
cada instante el valor de la señal de salida. De esta manera, puede intervenir si
existe una desviación en la misma.
http://www.academia.edu/7885227/Sistemas_de_control_-_lazo_abierto_-lazo_cerrado
1.7 LA AUTOMATIZACIÓN
La automatización es un proceso mediante el cual se simplifica y mejora la
realización de un trabajo teniendo como base la conjunción de tecnologías, como
la hidráulica, la neumática, control eléctrico y controladores lógicos programables
(PLC).
La Automatización Industrial es la aplicación de diferentes tecnologías para
controlar y monitorear un proceso, maquina, aparato o dispositivo que por lo
regular cumple funciones o tareas repetitivas, haciendo que opere
automáticamente, reduciendo al mínimo la intervención humana.
1.8 SENSORES
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.
Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad
lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza,
torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser
una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en
un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar),
una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en
contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que
es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la
señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo
el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de
dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede
decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.
Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, robótica, industria
aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.
Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas
como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.
Características de un sensor
Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el
sensor.
Precisión: es el error de medida máximo esperado.
Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de
entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable
de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir
el offset. (down)
Linealidad o correlación lineal.
Sensibilidad de un sensor: suponiendo que es de entrada a salida y la
variación de la magnitud de entrada.
Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede detectarse
a la salida.
Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la
magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las
variaciones de la magnitud de entrada.
Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de
entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser
condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el
envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere
medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa
(e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador
(posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y
un visualizador) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un
humano.
Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura
directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de
acondicionamiento, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los
niveles apropiados para el resto de los circuitos.
Tipos de sensores
En la siguiente tabla se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrónicos.
Magnitud Transductor Característica
Posición lineal y angular Potenciómetro Analógica
Encoder Digital
Sensor Hall Digital
Desplazamiento y
deformación
Transformador diferencial de variación
lineal
Analógica
Galga extensiométrica Analógica
Magnetoestrictivos A/D
Magnetorresistivos Analógica
LVDT Analógica
Velocidad lineal y angular
Dinamo tacométrica Analógica
Encoder Digital
Detector inductivo Digital
Servo-inclinómetros A/D
RVDT Analógica
Giróscopo
Aceleración Acelerómetro Analógico
Servo-accelerómetros
Fuerza y par (deformación)
Galga extensiométrica Analógico
Triaxiales A/D
Presión
Membranas Analógica
Piezoeléctricos Analógica
Manómetros Digitales Digital
Caudal
Turbina Analógica
Magnético Analógica
Temperatura
Termopar Analógica
RTD Analógica
Termistor NTC Analógica
Termistor PTC Analógica
Bimetal - Termostato I/0
Sensores de presencia Inductivos I/0
Capacitivos I/0
Ópticos I/0 y Analógica
Sensores táctiles
Matriz de contactos I/0
Piel artificial Analógica
Visión artificial
Cámaras de video Procesamiento
digital
Cámaras CCD o CMOS Procesamiento
digital
Sensor de proximidad
Sensor final de carrera
Sensor capacitivo Analógica
Sensor inductivo Analógica
Sensor fotoeléctrico Analógica
Sensor acústico (presión
sonora) micrófono Analógica
Sensores de acidez ISFET
Sensor de luz fotodiodo Analógica
Fotorresistencia Analógica
Fototransistor Analógica
Célula fotoeléctrica Analógica
Sensores captura de
movimiento Sensores inerciales
Automatización y telecontrol de sistemas de riego, Ruíz Antonio, editorial Marcombo.