Tesis Para Optar el Título Profesional de INGENIERO ...

Tesis Para Optar el Título Profesional de

INGENIERO ELECTRÓNICO

“DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE RIEGO TECNIFICADO PARA

LAS ÁREAS VERDES DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS – UNPRG”

________________________

Ing. Carlos Oblitas Vera

Asesor

________________________________

Bach. Kenji Franco Huamán Lizana

Tesista

____________________________________

Bach. José Wilder Huamán Colunche

Tesista

Lambayeque – Perú

2018

Tesis Para Optar el Título Profesional de

INGENIERO ELECTRÓNICO

“DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE RIEGO TECNIFICADO PARA

LAS ÁREAS VERDES DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS – UNPRG”

JURADO EVALUADOR

_______________________________

Ing. Hugo Chiclayo Padilla

Presidente

__________________________

Ing. Martín Nombera Lossio

Secretario

____________________________

Ing. Oscar Romero Cortez

Vocal

Lambayeque – Perú

2018

ÍNDICE GENERAL

Pág.

CAPÍTULO I: ASPECTOS DE LA INVESTIGACIÓN………………………….………. 1

1.1 ASPECTO INFORMATIVO …………………………………………………………… 2

1.1.1 Título……………………………….…………………………………………….. 2

1.1.2 Personal Investigador………………………………………………………….. 2

1.1.2.1 Autor …………………………………………………………………………. 2

1.1.2.2 Autor …………………………………………………………………………. 2

1.1.3 Asesor…….……………………………………………………………………… 2

1.1.4 Área de Investigación…………………………………………………………... 2

1.1.5 Lugar de Ejecución…………………………………………………………….... 2

1.1.6 Duración ………………………………………………………………………… 2

1.2 ASPECTO DE LA INVESTIGACIÓN ……………..………..………………………... 3

1.2.1 Situación Problemática ………………………………………………………. 3

1.2.2 Antecedentes Bibliográficos …………………………………………………. 3

1.2.3 Formulación del Problema ………….……………….………………………. 6

1.2.4 Objetivos ………………………………………………………………………. 6

1.2.4.1 Objetivo General …………………………………………………………… 6

1.2.4.2 Objetivos Específicos………….……………………………………….…. 6

1.2.5 Justificación e Importancia de la Investigación ……………………….…… 6

1.2.6 Hipótesis……………………………………………………………………….. 7

1.2.7 Diseño Metodológico ……………………………………………………….... 7

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ……………………………………………………….. 8

2.1 AUTOMATIZACIÓN …………………………………………………………………... 9

2.1.1 Clasificación Tecnológica ……………………………………………………. 9

2.1.1.1 Automatismos Cableados …………………………………….. 10

2.1.1.2 Automatismos Programados …………………………………. 11

2.1.2 Aplicaciones de la Automatización………………………………………….. 12

2.1.2.1 Industria …………………………………………………………………. 12

2.1.2.2 Agrícola, Ganadería y Pesca …………………………………………. 13

2.1.2.3 Domótica……….………………………………………………………... 14

2.1.2.4 Transporte ………………………………………………………………. 15

2.1.3 Elementos que forman un Automatismo ……………………………………. 16

2.1.3.1 Máquina o Planta …………………………………………………….… 16

2.1.3.2 Fuente de Energía….………………………………………………….. 16

2.1.3.3 Controlador o Autómata .…………………………………………….… 17

2.1.3.4 Actuador ………………………………………………………………… 17

2.1.3.5 Sensor …………………………………………………………………… 17

2.1.3.6 Operador ………………………………………………………………… 17

2.1.4 Instrumentación Eléctrica….………………………………………………….. 19

2.1.4.1 Disyuntor …………………………………………………………… 19

2.1.4.1.1 Características ……………………………………………. 19

2.1.4.1.2 Principio de funcionamiento …………………………….. 20

2.1.4.2 Contactores ……………………………………………………… 20

2.1.4.2.1 Ventajas de uso …………………………………………… 21

2.1.4.3 Motor Eléctrico Trifásico….……………………………………... 21

2.1.4.3.1 Principio de Funcionamiento …………………………….. 22

2.1.4.4 Temporizador a la Conexión ……………………………………. 23

2.1.4.5 Pulsadores ………………………………………………………… 24

2.1.4.5.1 Tipos de Pulsadores ……………………………………… 24

2.1.5 PLC………………………………………………………………………….….. 25

2.1.5.1 Características ………………………………………………… 26

2.1.5.2 Tipos de PLC’s ………………………………………………… 29

2.1.5.2.1 PLC Compacto …………………………………….. 29

2.1.5.2.2 PLC Modular ……………………………………….. 29

2.1.5.2.3 PLC Montaje en rack ……………………………… 30

2.1.5.2.4 PLC Ranura ………………………………………... 30

2.1.5.3 Ventajas de los PLC’s sobre lógica a relés ………………… 31

2.1.6 Interfaces de Entrada y Salida ………………………….…………………... 31

2.1.6.1 Tipos de Entrada / Salida a los PLC’s ……………………… 31

2.1.6.1.1 Entrada – Salida Discreta ………………………... 31

2.1.6.1.2 Entrada – Salida Analógica ……………………… 32

2.2 EL RIEGO ……………………………………………………………………………. 33

2.2.1 Tipos …………………………………………………………………………… 33

2.2.1.1 Riego por Goteo………………………………………………………….. 33

2.2.1.2 Riego por Aspersión…………………………………………………….. 34

2.2.1.3 Riego por Micro-aspersión…….………………………………………… 35

2.2.1.4 Riego por Mangas………………………………………………………… 36

2.2.2 Componentes y Equipos de un Sistema de Riego ………………………. 37

2.2.2.1 Difusores y/o Aspersores ………………………………………………... 37

2.2.2.1.1 Difusores……..…………………………………………………….. 37

2.2.2.1.2 Aspersores …………….…….……………………………………. 41

2.2.2.2 Mangas de Riego ………………………………………………………. 44

2.2.2.2.1 Tipos de Mangas ………………………………………………… 44

2.2.2.2.2 Compuerta o Boquilla de Riego ……………………………….. 46

2.2.2.3 Tubería …………………………………………………………………… 47

2.2.2.3.1 Comportamiento del Agua en Redes de Tuberías …………… 50

2.2.2.4 Llave de Paso ……………………………………………………………. 55

2.2.2.5 Reductor de Presión……..………………………………………………. 56

2.2.2.6 Válvulas Automáticas …………..………………………………………. 56

2.2.2.6.1 Tipos de Válvulas .………………………………………………… 56

2.2.2.6.2 Funcionamiento de una Válvula Solenoide…………………….. 57

2.2.2.6.3 El golpe de Ariete (Water Hammer)…………………….………. 58

2.2.2.7 Filtro De Malla …………………………………………..……………...... 60

2.2.2.7.1 Bombas ……………………………………..…………….……… 64

2.2.2.8.1 Tipos de Bombas de Riego …………………………….……….. 64

2.2.2.8 Diagrama P&D …………………………………………………………….. 69

CAPÍTULO III: METODOLOGÍA PROPUESTA ……………....……………………….. 70

3.1 Información de Áreas ………………. ………………………..………………..…... 71

3.1.1 Identificación de Tipos de Plantas en las Áreas Verdes..….. 71

3.1.2 Medición de Áreas y Perímetros de las Áreas Verdes ………. 71

3.2 Fórmulas Para el Diseño ………………………………………………………….. 71

3.2.1 Longitud y Diámetro de Tuberías……………………………... 71

3.2.2 Dimensiones del Pozo. ………………………………………..… 71

3.2.3 Caudal de Aspersores y Difusores …………………………. 71

3.3 Cálculo de Pérdidas de Tuberías. ……………………………………………….. 72

3.4 Selección de la Bomba. ……………………………………………………….….. 72

3.5 Selección de los Equipos e Instrumentos. ………………………………………. 73

3.5.1 PLC ………………………………………………………………... 73

3.5.2 Variador de Velocidad. ………………………………………….. 74

3.5.3 Electroválvula Selenoide ……………………………………….. 75

3.5.4 Llave de Paso ……………………………………………………. 75

3.5.5 Software de Control …………………………………………… 75

CAPÍTULO IV: DISEÑO DEL SISTEMA ………………………………………………… 76

4.1 Identificación De Los Tipos De Plantas …………………………………………… 77

4.1.1 Césped …………………………………………………………….. 77

4.1.2 Palmera de Coco ………………………………………………….. 78

4.1.3 Ficus Benjamina …………………………………………………... 79

4.1.4 Guaba ………………………………………………………........... 80

4.1.5 Iresine ………………………………………………………........... 80

4.1.6 Cucarda ……………………………………………………………. 81

4.1.7 Ponciana …………………………………………………………… 82

4.1.8 Ciprés ………………………………………………………............ 83

4.1.9 Oreja de Elefante …………………………………………………. 84

4.1.10 Almendro …………………………………………………………… 84

4.2 Áreas y Perímetros de las Zonas de Riego ………………………………………. 86

4.3 Longitud y Diámetro de las Tuberías ……………………………………………….. 87

4.4 Cálculo del Volumen del Pozo ……………………………………………………... 87

4.5 Cálculo del Caudal de Aspersores y Difusores ………………………………….. 87

4.6 Cálculo de Pérdidas de Tuberías …………………………………………............ 89

4.7 Características de la Bomba a Utilizar ……………………………………………. 92

4.8 Ubicación de Aspersores …………………………………………………………… 92

4.9 Zanjas ………………………………………………………………………………… 95

4.10 Ubicación de Tubería ……………………………………………………………… 95

4.11 Ejemplo de Conexión de Electroválvulas ……………………………………….. 98

4.12 Diseño del Circuito Automatizado ………………………………………….……. 99

4.13 Diseño del Tablero Electrónico ………………………………………………..… 128

4.14 Elección de Equipos e Instrumentos …………………………..………………. 129

4.14.1 Accesorios a Utilizar Para la Instalación de Tuberías…….……... 129

4.14.2 Equipamiento del Sistema Automático………………...……..……. 134

4.15 Tabla de Presupuesto Total ….…………………………………….………..….. 137

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……….………………. 138

5.1. CONCLUSIONES ………………………………………………………………… 139

5.2. RECOMENDACIONES …………………………………………………………… 139

BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………… 141

ANEXOS

ÍNDICE DE FIGURAS

Pág.

Figura N°01: Tecnologías Empleadas en la Automatización ………………………..... 9

Figura N°02: Automatismos Cableados………………………………………………….. 10

Figura N°03: Automatismos Programables….……………………….………………….. 12

Figura N°04: Ejemplo de Automatismos en la Industria ..…….…………..………….... 13

Figura N°05: Ejemplo de Automatización en un Invernadero de Tomates.………….... 14

Figura N°06: Esquema de una Casa Inteligente …………………………...………….... 15

Figura N°07: Auto Yaris Sistema Inteligente………………………………...…………... 16

Figura N°08: Diagrama de Bloques de un Sistema de Control…………...…………... 18

Figura N°09: Disyuntor Monofásico…………………………………………....………….. 19

Figura N°10: Esquema de Disyuntor Monofásico y Trifásico……………..………….... 20

Figura N°11: Contactor / Símbolo de Contactor…………………………….…………... 21

Figura N°12: Motor Eléctrico Trifásico……………………………………….………….... 23

Figura N° 13: Temporizador…………………….………………………….……………... 23

Figura N° 14: Tipo de Pulsadores……………..…………………………….………….... 24

Figura N° 15: Pulsador de Emergencia……….…………………………….………….... 25

Figura N° 16: PLC……………………………….…………………………….………….... 25

Figura N° 17: Tipos de Memorias de un PLC ..…………………………….………….... 26

Figura N° 18: Capacidad Modular de los PLC’s…...……………………….………….... 27

Figura N° 19: Autodiagnóstico de Fallas…………………………………….………….... 27

Figura N° 20: Programación Lógica de Control…………………………….………….... 28

Figura N° 21: Capacidad de Comunicación…..…………………………….………….... 28

Figura N° 22: PLC Compacto…………………..…………………………….………….... 29

Figura N° 23: PLC Modular……………………..…………………………….………….... 30

Figura N° 24: Ejemplos de Montaje de PLC………….…………………………….…… 30

Figura N° 25: PLC Omrom CS1G/H de Tipo Ranura ..………………………….………….... 31

Figura N° 26: Entradas y Salidas Discretas.………….…………………….………….... 32

Figura N° 27: Entradas y Salidas Analógicas……………………………….…………... 33

Figura N° 28: Riego por Goteo………………….…………………………….…………... 34

Figura N° 29: Aspersores…………………….….…………………………….…………... 35

Figura N° 30: Microaspersores o Microjet……..…………………………….…………... 36

Figura N° 31: Mangas de Riego………….……..…………………………….…………... 37

Figura N° 32: Difusor……………………………..…………………………….…………... 38

Figura N° 33: Partes de un Difusor……………..…………………………….…………... 39

Figura N° 34: Tipos de Toberas …………………..…………………………….………….. 40

Figura N° 35: Partes de un Aspersor tipo Turbina..……………………….…………... 42

Figura N° 36: Manga de Polietileno………………....……………………….…………... 45

Figura N° 37: Manga de Polietileno con soporte textil……………………….……….. 45

Figura N° 38: PVC con Soporte Textil……………...……………………….………….... 45

Figura N° 39: Compuerta de una Manga…………..……………………….………….... 46

Figura N° 40: Instalación de Compuerta de una Manga…………..………………....... 47

Figura N° 41: Conector para unir Dos Secciones de Tubo …………..…………….... 48

Figura N° 42: Conector para poner obtener un Ramal de la Tubería Principal…….. 48

Figura N° 43: Conector usado para unir las Electroválvulas con las Tuberías..….... 48

Figura N° 44: Conector empleado para realizar dos derivaciones la Tubería Principal 49

Figura N° 45: Conector empleado para sellar el circuito final de las Tuberías …..... 49

Figura N° 46: Conector utilizado para unir piezas de riego con salida hembra …..... 49

Figura N° 47: Codo utilizado para cambiar la dirección de la tubería .….………….... 50

Figura N° 48: Movimiento del Agua en una Tubería ……...……….….……………….... 51

Figura N° 49: Perdidas en una Tubería ……………………………..………………….... 53

Figura N° 50: Llave de Paso…………..……………………………..………………….... 55

Figura N° 51: Reductor de Presión………..……………………………..…………….... 56

Figura N° 52: Válvula Solenoide…………..……………………………..…………… .... 55

Figura N° 53: Esquema de válvula Solenoide(corte transversal)...………………….... 58

Figura N° 54: Golpe de Ariete…………..……………………………..…………….….... 59

Figura N° 55: Filtros de Malla…………..……………………………..………………….. 60

Figura N° 56: Texturas de Malla………..……………………………..………………….. 61

Figura N° 57: Funcionamiento de un Filtro……………………………………………….. 62

Figura N° 58: Bombas de Riego………..……………………………..………………….... 64

Figura N° 59: Electrobomba…………..……………………………..………………..….... 65

Figura N° 60: Motobomba…………..…………………………………………………….... 65

Figura N° 61: Bombas Sumergibles..…..……………………………..………………….... 66

Figura N° 62: Bomba Horizontal………..……………………………..………………….... 67

Figura N° 63: Bomba Vertical……..………..……………………………..…………….... 67

Figura N° 64: Caudal de Aspersores Según el Ángulo…………………..…………….... 72

Figura N° 65: Césped…………….………..……………………………..……………..... 77

Figura N° 66: Palmera de Coco…………………………………………..…………….... 78

Figura N° 67: Ficus Benjamina…………………………………………..…………….... 79

Figura N° 68: Guaba………………………………….…………………..……….…….... 80

Figura N° 69: Iresine…………………..……………………………………………..….... 80

Figura N° 70: Cucarda…………………………………………………..……….…….... 81

Figura N° 71: Ponciana……………………………….…………………..…….….……... 82

Figura N° 72: Ciprés…………………..………………………………………………...... 83

Figura N° 73: Oreja de Elefante……………………..…………………..……….…….... 84

Figura N° 74: Almendro…………………..……………................................................ 84

Figura N° 75: Áreas Verdes a Regar……………………….……………..…………….... 86

Figura N° 76: Distribución de Aspersores……………..…………………..…………….. 93

Figura N° 77: Ubicación de Aspersores……………..…………………..……………..... 94

Figura N° 78: Instalación de Tubos en Zanjas……………..…………………..……….... 95

Figura N° 79: Conexión de Tuberías………..……..…….………………..……………..... 96

Figura N° 80: Instalación de Tuberías……….………..…………………..…………….... 97

Figura N° 81: Conexión de Electroválvulas (1)……..…..………………..…………….... 98

Figura N° 82: Conexión de Electroválvulas (2)……..…..………………..…………….... 98

Figura N° 83: Configuración del Módulo Ethernet NOE0110…………………..….... 102

Figura N° 84: Elementos y Variables (1)……………………………………………... 102




Figura N° 88: Configuración de IP Ethernet 1………………………………………… 104

Figura N° 89: Configuración de IP Ethernet 2………………………………………… 105

Figura N° 90: Diagrama Escalera Unity PRO……………………………………….… 107

Figura N° 91: Determinar la Dirección IP de la Red Ethernet…...……… ……….… 122

Figura N° 92: Configuración de IP de ATV32, PLC M340 y BMX NOE 1010…...… 123

Figura N° 93: Intercambio de Configuración del Variador ATV32...……………....… 123

Figura N° 94: Configuración de Tarjeta de Comunicación del Variador ATV32….... 124

Figura N° 95: Configuración del Variador ATV32 ………………………….....……… 125

Figura N° 96: Parámetros del Variador ATV32 con SoMove …...……….………….. 126

Figura N° 97: Configuración de Control del Variador ATV32 …………………..……. 126

Figura N° 98: Parámetros de Configuración de Comunicación del Variador ATV32. 127

Figura N° 99: Tablero Electrónico de Control……………………………………..…… 128

Figura N° 100: Válvula Solenoide……………….…….…….……………………..…… 129

Figura N° 101: Codo de Unión…………..…….………….………………………..…… 130

Figura N° 102: Unión T………………….…………..………..……………………….… 130

Figura N° 103: Reductor de Presión …… …….………………………...………..…… 130

Figura N° 104: Hunter I-20-360°(Verde Oscuro) .…....………….……………….…… 131

Figura N° 105: Hunter I-20-90°(LA-Verde Oscuro) .…....……………..…….…..…… 131

Figura N° 106: Hunter PGP Ultra/I-20/PRB – 360° (SR-Negro)….....……………….. 132

Figura N° 107: Hunter PC Ultra - 180° (10A - Rojo) ….....…….……….………… ….. 132

Figura N° 108: Hunter PC Ultra - 180° (12A - Verde)….....…………….………… ….. 133

Figura N° 109: Hunter PC Ultra - 360° (10 A - Rojo)….... .…………….………… ….. 132

Figura N° 110: Electrobomba Centrífuga CM 100 1 HP.....…………….………… …. 133

Figura N° 111: Variador ATV32….....…………….………… ……………………..….... 134

Figura N° 112: BMX P34 2020 ……………………………………………………….….. 134

Figura N° 113: BMXNOE0110 ……...………………………………………………….... 135

Figura N° 114: BMXDAI1602 …………….…………………………………………….... 135

Figura N° 115: BMXDRA1605 …………………………………. …………………….... 136

Figura N° 116: BMXCPS 3500…………………………………. …………………….... 136

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA N° 01: Ventajas de PLC Sobre Lógica de Relés..........................................…. 30

TABLA N° 02: Mangas de Pe con Espesor de Pared ................................................. 46

TABLA N° 03: Coeficiente de Rigurosidad de Hazen – Williams………..…………… 52

TABLA N° 04: Coeficiente de Pérdida de Carga Singular ……………….…………… 53

TABLA N° 05: Velocidad Real Recomendad en Filtros de Malla (Según Orificio de

Malla y Calidad de Agua) ………...……………………………………... 63

TABLA N° 06: Caudal Máximo en Filtros de Malla según la Velocidad del Agua….. 63

TABLA N° 06: Cálculo de pérdidas en Tubería………..…………………………....…. 72

TABLA N° 08: Características BMXCPS3500……...…………………………….….…. 74

TABLA N° 09: Pérdidas de Presión …...……………………………….….……………. 91

TABLA N° 10: Variables Discretas de Entrada……………………….…………………. 99

TABLA N° 11: Variables Discretas de Salidas…………………………....……………. 100

TABLA N° 12: Variables Discretas Auxiliares………………………….….…………….. 101

TABLA N° 13: Secuencia de Activación de Válvulas ……………….….…………….. 105

TABLA N° 14: Configuración de Comunicación del Variador ATV32 ….…………….. 106

TABLA N° 15: Cantidad de Codos y Uniones T según el Área….……………………. 129

TABLA N° 16: Presupuesto Total……………………………….….…………………….. 137

INTRODUCCION

El presente proyecto tiene como finalidad presentar el diseño y simulación de un

sistema de riego tecnificado por aspersión para las áreas verdes de la Facultad de

Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad Nacional Pedro Ruíz Gallo, el

cual constará de un sistema automático que está compuesto por una bomba de

agua conectada a un variador de frecuencia controlado por un PLC que activará las

diferentes válvulas distribuidas en dieciséis zonas de riego para optimizar el uso del

recurso hídrico y minimizar el gasto en energía en comparación a un sistema de

riego convencional por inundamiento.

Actualmente la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad

Nacional Pedro Ruiz Gallo tiene una extensión de áreas verdes de

aproximadamente 180 m2 los cuales son regados diariamente de una forma

convencional por inundamiento generando un desperdicio desmesurado de agua,

por eso la importancia del proyecto a desarrollar que consiste en un sistema de

control de riego que alcance y mantenga el nivel deseado de humedad, sin

consumir más agua de la necesaria. El sistema debe ser sencillo, de bajo costo,

con una construcción sólida que resista la exposición a las condiciones a que estará

sometido durante su operación, deberá ser de fácil operación y no necesitar mucho

mantenimiento.

Por otro lado, debido a las competencias de los cursos de control y automatización

de la carrera es importante conocer el proceso de control secuencial con un PLC

utilizando la programación en LADDER, controlar un bomba utilizando un variador

de velocidad, como también configurar el sistema de comunicaciones entra PLC y

variador es que se concretó la idea de la realización de éste proyecto, el cuál con

las coordinaciones y el apoyo necesario de nuestras autoridades de facultad, podría

ser implementado.

En el Capítulo I: ASPECTOS DE LA INVESTIGACIÓN; se presentan los hechos

preliminares de la tesis tales como la situación problemática, justificación e

importancia de la investigación, objetivos, formulación de la hipótesis y el diseño

metodológico.

En el Capítulo II: MARCO TEÓRICO; de acuerdo a la revisión bibliográfica, se

define la base teórica que servirá para el desarrollo y sustento de la investigación,

definiendo los tipos de plantas a regar, áreas de riego, tipos de riego y la

metodología para realizar el cálculo de caída de presiones en las tuberías.

En el Capítulo III: DISEÑO Y SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL, se

realiza el diseño y simulación del sistema de control, con un PLC programado en

LADDER, así como la selección de equipos e instrumentos idóneos para el correcto

funcionamiento del sistema, de acuerdo a las características del proceso. También

presentamos la distribución del tablero de control eléctrico de interface con el

usuario.

En el Capítulo IV: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES, mostraremos las

razones fundamentales por las que, el desarrollo de nuestro proyecto de

investigación es viable y correcto; a su vez, daremos a conocer algunas

recomendaciones para su futura implementación.

Finalmente se puede concluir que el trabajo de investigación permite aplicar por

parte del alumno el correcto aprendizaje teórico y procedimientos prácticos; tales

como, afianzar sus conocimiento en el desarrollo del diseño y simulación de un

sistema automático de control.

RESUMEN

El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo principal el diseño de un

sistema automático de riego tecnificado para las áreas verdes de la Escuela de

Ingeniería Electrónica y Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas – UNPRG.

El trabajo propuesto incluye la medición de áreas y perímetros de las zonas de riego

para luego determinar la ubicación de aspersores, la longitud y diámetro de las

tuberías asi como del volumen del pozo. Luego procedemos al cálculo del cáudal

de aspersores y de pérdidas de presión en las tuberías para determinar la

secuencia de las válvulas y la frecuencia de operación del variador de velocidad.

Con respecto al diseño del sistema automático, se realizó un programa secuencial

en Diagrama de Escalera (LADDER) en un PLC Schneider M340 donde manejamos

22 Variables de Entradas Discreta y 39 Variables de Salida discreta, el protocolo

de comunicación con el variador de velocidad Altivar 31 es el denominado

MODBUS, el sistema será activado desde un tablero de control ubicado en una

caseta al costado de la FACFyM. El programa irá activando secuencialmente las

válvulas adecuadas de acuerdo al área a regar y en el variador simultáneamente

se irá seleccionando la frecuencia adecuada para impulsar el agua a la presión

correspondiente de acuerdo al largo de tubería y disposición de aspersores.

Se concluye; que el diseño del sistema de riego tecnificado, sirve para demostrar

las competencias adquiridas por los alumnos en el área de automatización y control

por parte de los alumnos de la Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica de la

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo.

ABSTRACT

The main objective of this research work was the design of an automated irrigation

system for the green areas of the School of Electronic Engineering and the Faculty

of Physical and Mathematical Sciences - UNPRG.

The proposed work includes the measurement of areas and perimeters of the

irrigation zones to then determine the location of sprinklers, the length and diameter

of the pipes as well as the volume of the well. Then we proceed to calculate the

sprinkler flow and pressure losses in the pipes to determine the sequence of the

valves and the frequency of operation of the variable speed drive.

With respect to the design of the automatic system, a sequential program was

carried out in Ladder Diagram (LADDER) in a Schneider M340 PLC where we

handled 22 Discrete Input Variables and 39 Discrete Output Variables, the

communication protocol with the Altivar 31 speed variator is the so-called MODBUS,

the system will be activated from a control panel located in a booth next to the

FACFyM. The program will sequentially activate the appropriate valves according

to the area to be irrigated, while at the same time the appropriate frequency will be

selected in order to drive the water to the corresponding pressure according to the

pipe length and sprinkler arrangement.

It is concluded that the design of the technified irrigation system, serves to

demonstrate the skills acquired by students in the area of automation and control by

students of the Professional School of Electronic Engineering of the National

University Pedro Ruiz Gallo.

ASPECTOS DE LA INVESTIGACIÓN

CAPÍTULO I

1

CAPÍTULO I: ASPECTOS DE LA INVESTIGACIÓN

2

1.1 ASPECTO INFORMATIVO

1.1.1 Título

Diseño de un Sistema Automático de Riego Tecnificado para las Áreas Verdes de

la Escuela de Ingeniería Electrónica y Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

– UNPRG.

1.1.2 Personal Investigador

1.1.2.1 Autor

Nombre : Bach. Kenji Franco Huamán Lizana.

Dirección : Urb. Ciudad del Chofer Mz. Ñ – Lt. 03 – Chiclayo – Lambayeque

E – mail : [email protected]

Teléfono : 980635662

1.1.2.2 Autor

Nombre : Bach. José Wilder Huamán Colunche

Dirección : CP. Cuyumalca Alto Cañafisto – Chota – Cajamarca



1.1.3 Asesor

Nombre : Ing. Carlos Leonardo Oblitas Vera



1.1.4 Área de Investigación

Ingeniería Electrónica – Control y Automatización

1.1.5 Lugar de Ejecución

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad Nacional

Pedro Ruíz Gallo - Lambayeque

1.1.6 Duración

06 meses

mailto:[email protected]




3

1.2 ASPECTO DE LA INVESTIGACIÓN

1.2.1 Situación Problemática

La Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad Nacional

Pedro Ruiz Gallo de Lambayeque se encuentra ubicada dentro del Campus

Universitario, relativamente cerca a los Laboratorios de la Escuela Profesional de

Ingeniería Electrónica con respecto al resto de Escuelas Profesionales que la

conforman, por lo que el estudio de riego a realizarse estará dirigido al riego de

las áreas verdes aledañas a ambas instalaciones, entiéndase áreas verdes de

Ingeniería Electrónica y Facultad.

Como es de conocimiento general, el riego de jardines y áreas verdes de la

Universidad ha venido siendo realizado por el personal encargado por medio de

la inundación. Esto es conectar una manga de jebe por un tiempo no controlado

en el área a regar y esperar que el agua sature el terreno.

Si bien es cierto, nosotros no queremos regar para obtener una producción

en una cosecha ni nada parecido, el método en que se viene llevando a cabo el

riego no es el adecuado por dos aspectos importantes: El primero que las

variedades de plantas no ameritan regarlas con la misma cantidad de agua y el

segundo es que tomando conciencia con los hechos ocurridos recientemente en

nuestro país es que debemos dosificar el agua para colaborar con las

conservación de este vital líquido elemento.

De allí el interés nuestro; por realizar un sistema que sea capaz de dosificar

la cantidad suficiente para las plantas y colaborar con el ahorro de agua.

1.2.2 Antecedentes Bibliográficos

VELARDE CRIADO, LUIS ANGELO Y VARAS SALAZAR, ZULEMA (2013)

DISEÑO DE UN SISTEMA ELECTRÓNICO PARA RIEGO DE CÉSPED DE

JARDÍN EMPLEANDO UN SENSOR DE HUMEDAD DE SUELOS Y

COMUNICACIÓN INALÁMBRICA.

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ – LICENCIADO EN

INGENIERÍA ELECTRÓNICA.

ABSTRACT

Hoy en día la automatización del riego del césped es importante porque

favorece el ahorro de agua, conservación de nutrientes del suelo y el correcto

desarrollo del césped. Los sistemas de automatización de riego comunes

dependen mucho de la intervención de una persona que ingrese datos como


4

los días y la duración del riego, por lo que sería conveniente que el usuario

tenga conocimientos de jardinería, además debe ser instalado por personal

experto; los sistemas de automatización por lo general consisten en un

controlador PLC, tuberías de PVC, electroválvulas y aspersores, los costos son

elevados, entre $378 y $1097. La presente tesis plantea una forma de

automatización diferente, pues con el hardware y el software desarrollado se

podrá medir el nivel de humedad del césped e indicar en qué momento se debe

iniciar y terminar el riego del suelo, según datos teóricos de agronomía. El

sensor de humedad, utilizado en la presente tesis, utiliza la tecnología de

Reflectometría de Dominios de Frecuencia (o FDR por sus siglas en inglés),

son sensores son muy utilizados en agroindustria y el concepto de esta

tecnología se explica en el capítulo dos. Este tipo de sensor estima la variación

de la constante dieléctrica del agua en el suelo mediante la emisión de ondas

electromagnéticas, la cual depende de la cantidad de agua que contiene, la

señal de salida del sensor es un voltaje que varía casi directamente

proporcional con el agua contenida en el suelo; es decir a menos humedad el

sensor da menos voltaje, a más humedad, más voltaje. Esta señal es

digitalizada y procesada por un microcontrolador, el cual toma decisiones y da

órdenes según sea programado, y finalmente la orden se transmite

inalámbricamente a una electroválvula conectada a aspersores. Los módulos

de transmisión inalámbrica fueron escogidos en el diseño ya que el sistema

está hecho para jardines grandes de más de 100. Otra aplicación podría ser

canchas de fútbol o campos de golf. Por lo general los jardines se riegan por

inundación por lo cual se pierde agua debido a la evaporación y filtración en el

suelo; si se utiliza más agua de lo requerido por el suelo de cultivo, entonces

se pierde nutrientes innecesariamente y se afecta el desarrollo del césped. Por

lo cual el sistema diseñado evita todos estos inconvenientes. Además el

presente trabajo es un sistema de automatización que no requiere que el

usuario tenga conocimientos de jardinería, tampoco necesita ser instalado por

un experto y ahorra costos; y finalmente automatiza una tarea del hogar que es

uno de los fines de la domótica.

CRUZ CONCHA, JOSÉ CARLOS (2009)

DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO CONTROLADO Y

AUTOMATIZADO PARA UVA ITALIA.

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERÚ – LICENCIADO EN

INGENIERIA ELECTRONICA.


5

ABSTRACT

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

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

inundación utilizado para las plantaciones de uva, generan mayores costos de

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

agua utilizada se puede reducir gracias a técnicas de riego tecnificado que nos

permiten obtener control sobre la utilización de este recurso. El presente trabajo

de investigación y desarrollo tiene por objetivo principal reducir la cantidad de

agua utilizada en el proceso de riego de una chacra ubicada en sector Pampa

de Ñoco distrito de Grocio Prado, provincia de Chincha en el departamento de

Ica. Se toma una muestra de 100 metros lineales de un universo total de 6

hectáreas para realizar el trabajo y limitar los alcances del mismo.

MARIA OLVERA SALGADO, GREGORIO BAHENA DELGADO, ÓSCAR

ALPUCHE GARCÉS, FRANCISCO GARCÍA MATÍAS

LA TECNIFICACIÓN DEL RIEGO ANTE LA ESCASEZ DEL AGUA PARA LA

GENERACIÓN DE ALIMENTOS. ESTUDIO DE CASO EN CHIHUAHUA,

MÉXICO.

Revistas Javeriana: Articulo de Ambiente y Desarrollo.

ABSTRACT

La investigación tuvo como objetivo analizar la productividad del agua y el

impacto de la tecnificación del riego sobre ella y el rendimiento de los cultivos

como principales aportadores de alimentos. Se realizó en el Distrito de Riego

005, Delicias, Chihuahua. Se usó el método comparativo para dos escenarios:

el antes, como la condición previa a la tecnificación del riego en el año 2003,

caracterizada por una superficie con riego por gravedad, y el después en 2012-

2013, en la superficie con riego tecnificado (multi-compuertas, aspersión y

goteo). Los resultados muestran ahorros marginales de aproximadamente

63454 dam3 de agua y una producción

RESULTADOS

Se encontró que el incremento de los valores calculados en los indicadores de

producción y productividad del agua tiene influencia directa en el sistema de

riego y su relación con los cambios que suceden por la tecnificación sobre el

rendimiento del cultivo, el costo de producción (es decir, las actividades y los

insumos aplicados) y dentro de este último con el volumen de agua aplicado,

el cual en la mejor expectativa de tecnificación, el ahorro de agua debería ser


6

el efecto de la tecnificación, pero además se identificó que analizando

resultados de un cultivo en específico, los indicadores se incrementaron en

cultivos donde los productores tenían superficies mayores.

1.2.3 Formulación del Problema

¿Cómo Diseñar un Sistema Automático de Riego Tecnificado para las Áreas

Verdes de la Escuela de Ingeniería Electrónica y Facultad de Ciencias Físicas y

Matemáticas – UNPRG?

1.2.4 Objetivos

1.2.4.1 Objetivo General

Diseñar un Sistema Automático de Riego Tecnificado para las Áreas

Verdes de la Escuela de Ingeniería Electrónica y Facultad de Ciencias

Físicas y Matemáticas – UNPRG.

1.2.4.2 Objetivos Específicos

Estudiar los Principios y Metodologías del Riego Tecnificado.

Realizar los Cálculos de Presión, Caudal, tamaño de Tanque de

almacenamiento y tamaño de tuberías para el Sistema.

Diseñar y Simular el Algoritmo de Control utilizando UNITY PRO.

Seleccionar los Equipos e Instrumentos para Implementación del

Sistema.

1.2.5 Justificación e Importancia de la Investigación

Los sistemas de riego agrícola, que generalmente se utilizan en el campo

de nuestra región y país, son en gran mayoría de control manual lo que puede

provocar desperdicio de agua y energía eléctrica, sin mencionar que el riego

inadecuado no alcanza el nivel óptimo de humedad. El uso eficiente del agua

para el riego agrícola se puede dar con la automatización de los sistemas de

irrigación. Es el caso de las Áreas Verdes de la Universidad Nacional Pedro Ruíz

Gallo, en la que, no existe un sistema específico de riego lo cual conlleva a un

gran desperdicio de agua.

Por lo antes dicho, la importancia del Proyecto a desarrollar consiste, en

Diseñar un Sistema de Control de Riego que alcance y mantenga el nivel

deseado de humedad, sin consumir más agua de la necesaria. El Sistema debe

ser sencillo, de bajo costo, con una construcción sólida que resista la exposición


7

a las condiciones en que estará sometido durante su operación, deberá ser de

fácil operación y no necesitar mucho mantenimiento.

Para obtener un buen resultado se ha ido investigando y analizando diversos

puntos, por ejemplo los tipos de plantas y sus tiempos de riego, los recursos con

los que se cuenta a lo largo de la zona de riego, y entre otros. Incluso se han

propuesto ciertas recomendaciones para optimizar mucho más el proyecto

mostrado.

1.2.6 Hipótesis

Con el Diseño del Sistema Automático de Riego Tecnificado para las Áreas

Verdes de la Escuela de Ingeniería Electrónica y Facultad de Ciencias Físicas y

Matemáticas – UNPRG, lograremos el riego uniforme y el ahorro de agua

deseado.

1.2.7 Diseño Metodológico

El procedimiento para la realización del Proyecto comprende las siguientes

fases:

Identificar el tipo de terreno y los tipos de plantas y césped a regar.

Calcular el volumen de agua a utilizar de acuerdo a los requerimientos

técnicos obtenidos.

Calcular los diámetros de tuberías, largos y por donde van a ser instaladas.

Calcular las posiciones de los aspersores.

Realizar el programa en el PLC, para activar los aspersores.

Simular el sistema completo.

Seleccionar los equipos e instrumentos para la solución encontrada.

8

MARCO TEÓRICO

CAPÍTULO II

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO

9

2.1 AUTOMATIZACIÓN

La Real Academia de las Ciencias Físicas y Exactas define la Automática como el

conjunto de métodos y procedimientos para la sustitución del operario en tareas físicas

y mentales previamente programadas. De esta definición original se desprende la

definición de la Automatización como la aplicación de la automática al control de

procesos industriales (Diseño Industrial – Universidad Politécnica de Catalunya)

Una forma de definir la Automatización, es decir que es un medio de organizar o

controlar los procesos de producción para lograr el uso óptimo de todos los recursos

de la producción; mecánicos, materiales y humanos (John Diebold – Presidente John

Diebold & Associates, Inc.)

Su difusión en el campo de la industria contribuye a disminuir los costos de

producción, elimina el trabajo monótono y reclama grandes inversiones de capital que

revierten en nuevas instalaciones y en la preparación de técnicos especializados.

2.1.1 Clasificación Tecnológica

En función de la tecnología empleada para la implementación del Sistema de

Control, se puede distinguir entre Automatismos Cableados y Automatismos

Programados o Programables (Instalaciones Electrotécnicas – Pertiga. Escuela de

Profesiones Técnicas. Santiago de Compostela)

Figura N° 01: Tecnologías empleadas en la Automatización.

Fuente: Instalaciones Electrotécnicas – Pertiga. Escuela de Profesiones Técnicas.

Santiago de Compostela


10

2.1.1.1 Automatismos Cableados

Se realizan por medio de uniones físicas entre los elementos que forman

el sistema de control (por ejemplo, contactores y relés unidos entre sí por cables

eléctricos). La estructura de conexionado entre los distintos elementos da lugar

a la función lógica que determina las señales de salida en función de las señales

de entrada. Se pueden distinguir tres tecnologías diferentes:

Fluídica (neumática o hidráulica).

Eléctrica (relés o contactores).

Electrónica estática (puertas lógicas y biestables).

Ventajas:

Pueden ser muy robustos.

Bajo costo para sistemas muy sencillos.

Es una tecnología muy fácil de entender por cualquier operario.

Inconvenientes:

Ocupan mucho espacio.

Son muy poco flexibles.

La modificación o ampliación es difícil.

Solo permiten funciones lógicas simples.

No sirven para implementar funciones de control o de comunicación

complejas.

Figura N° 02: Automatismos Cableados

Fuente: https://www.todoexpertos.com


11

2.1.1.2 Automatismos Programados

Se implementan por medio de un programa que se ejecuta en un

microprocesador. Las instrucciones de este programa determinan la función

lógica que relaciona las entradas y las salidas. Se pueden distinguir 3 formas de

implementación:

Aautómata Programable Industrial: es un equipo electrónico, programable

en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en

ambiente tipo industrial, procesos secuenciales. Un API trabaja en base a la

información recibida por los sensores y el lógico interno actuando sobre los

accionadores de la instalación (Arquitectura Interna del Autómata

Programable o PLC – Carlos Canto)

Ordenador (PC industrial): Sus altas prestaciones, su capacidad de

almacenaje y su gran capacidad de interconexión aportan a las máquinas

los requerimientos imprescindibles para hacer el salto al IIoT “Industrial

Internet of Things” (http://www.side-automatizacion.com )

Microcontrolador: Son circuitos integrados (“chips”) programables, que

incluyen en su interior un microprocesador y la memoria y los periféricos

necesarios, un microcontrolador de fábrica no realiza tarea alguna este debe

ser programado para que realice desde un simple parpadeo de leds hasta

un sofisticado control de un robot, también es capaz de realizar muchos

circuitos lógicos, conversores (A/D y D/A), temporizadores, decodificadores

simplificando todo el diseño a una placa de reducido tamaño y pocos

elementos (Microcontroladores, 2da Edición – Carlos A. Reyes)

- Ventajas:

Permiten una gran flexibilidad para realizar modificaciones y/o

ampliaciones.

Permiten implementar funciones de control y de comunicación complejas.

Ocupan poco espacio.

- Inconvenientes

Mayor costo (solo si el sistema es muy sencillo).

Menor robustez

Mayor complejidad de la tecnología.


12

Sin embargo estos inconvenientes cada vez lo son menos, pues el coste

se reduce continuamente, cada vez se diseñan equipos más robustos, y los

sistemas de programación son cada vez más sencillos.

Figura N° 03: Automatismos Programables

Fuente: http://www.infoplc.net

2.2.2 Aplicaciones de la Automatización

Algunos ejemplos los encontramos en:

2.2.2.1 Industria.

Sistema que reduce la exigencia humana, estandarizando y dando

trazabilidad en las líneas de producción, esto es posible gracias a la unión de

distintas tecnologías, por ejemplo la instrumentación permite medir las

variables de la materia en sus diferentes estados, gases, sólidos y líquidos,

(eso quiere decir que se mide cosas como el volumen, el peso, la presión etc.),

la olehidraulica, la neumática, los servos y los motores son los encargados del

movimiento, estos son los que realizan esfuerzos físicos (mover una bomba,

prensar o desplazar un objeto), los sensores indican lo que está sucediendo

con el proceso, donde se encuentra en un momento determinado y dar la señal

para que siga el siguiente paso, los sistemas de comunicación enlazan todas

las partes y los Controladores Lógicos Programables o por sus siglas PLC, se

encargan de controlar que todo tenga una secuencia, toma decisiones de

acuerdo a una programación pre establecida, se encarga de que el proceso

cumpla con una repetición, a esto se añade otras tecnologías como el vacío, la

robótica, telemetría y otras más. (http://univirtual.utp.edu.com)


13

Figura N° 04: Ejemplo de Automatización en la Industria.

Fuente: http://www.backus.pe

2.1.2.2 Agricultura, Ganadería y Pesca

Sistema, para el control de invernaderos, sistemas automáticos de riego,

sistemas de clasificación y distribución de productos, control climático de

viveros, control automático para la alimentación de reses y aves, etc.

Por ejemplo:

Recientemente se han empezado a utilizar redes de sensores inalámbricas

para su aplicación a cultivos de invernadero, especialmente en grandes

explotaciones, para cultivos muy específicos. Estos entornos precisan

mantener unas condiciones micro climáticas muy concretas en todo momento,

y esto se puede conseguir mediante el uso de una gran cantidad de sensores

distribuidos, tanto en espacios abiertos como en el propio terreno.

El uso de redes inalámbricas de sensores junto con tecnologías avanzadas

de control y regulación de iluminación LED permite la creación de un proceso

totalmente automatizado reduciendo costes de operación así como mejoran la

eficiencia y la calidad del cultivo. Además, ADVANTICSYS proporciona

soluciones específicamente diseñadas para cámaras de crecimiento, capaces

de monitorizar y controlar condiciones de temperatura, iluminación y humedad.


14

Figura N° 05: Ejemplo de Automatización en un invernadero de tomates

Fuente: http://www.diariosur.es

2.1.2.3 DOMÓTICA

Un Sistema Domótico es capaz de recoger información proveniente de

unos sensores o entradas, procesarla y emitir órdenes a unos actuadores o

salidas. El Sistema puede acceder a redes exteriores de comunicación o

información.

La Domótica permite dar respuesta a los requerimientos que plantean

estos cambios sociales y las nuevas tendencias de nuestra forma de vida,

facilitando el diseño de casas y hogares más humanos, más personales,

polifuncionales y flexibles.

El sector de la Domótica ha evolucionado considerablemente en los últimos

años, y en la actualidad ofrece una oferta más consolidada. Hoy en día, la

Domótica aporta soluciones dirigidas a todo tipo de viviendas, incluidas las

construcciones de vivienda oficial protegida. Además, se ofrecen más

funcionalidades por menos dinero, más variedad de producto, que gracias a la

evolución tecnológica, son más fáciles de usar y de instalar. En definitiva, la

oferta es mejor y de mayor calidad, y su utilización es ahora más intuitiva y

perfectamente manejable por cualquier usuario. Paralelamente, los

instaladores de domótica han incrementado su nivel de formación y los modelos

de implantación se han perfeccionado. Asimismo, los servicios posventa

garantizan el perfecto mantenimiento de todos los sistemas. En definitiva, la

domótica de hoy contribuye a aumentar la calidad de vida, hace más versátil la

distribución de la casa, cambia las condiciones ambientales creando diferentes

escenas predefinidas, y consigue que la vivienda sea más funcional al permitir

desarrollar facetas domésticas, profesionales, y de ocio bajo un mismo techo.


15

Figura N° 06: Esquema de una Casa Inteligente.

Fuente: http://blogs.salleurl.edu

2.1.2.4 TRANSPORTE

Sistemas de control y señalización de tráfico, sistemas de radar, controles

iluminación urbana, sistemas y máquinas expendedoras de billetes, etc.

Por ejemplo:

El Asistente de Conducción Automatizada en Carretera (Ahda), estrenado

en Japón, ahora mostrado como una nueva versión que se ha programado

sobre la base de las condiciones reales de tráfico en los Estados Unidos y

puede funcionar a velocidades de hasta 70 millas por hora (112 km/h).

El sistema integra tres tecnologías básicas: Control de Radar Dinámico

de Crucero (DRCC), Asistente Predictivo de Seguimiento del Carril (LTC) y

la Interfaz Máquina Hombre (HMI).

Estos sistemas ayudan al conductor manteniendo el vehículo en el carril

y a una distancia segura de los demás, a la vez que se viaja a velocidades

de autopista. El predictivo e interactivo sistema HMI promueve la

participación del conductor al advertir cuando el sistema se desactiva, que

es cuando el conductor pone las manos en el volante.

El Control de Radar Dinámico de Crucero (DRCC) ayuda a permitir a

los conductores a mantener la velocidad y avanzar con mayor comodidad y

al mismo tiempo reducir los riesgos potenciales, ayudando para mantener

un margen de conjunto al vehículo precedente.


16

“La visión de Toyota es de un mundo sin muertes de tráfico, y estas tecnologías

avanzadas en vehículos conectados y automatizados tienen el potencial de

revolucionar la seguridad del automóvil”, según Seigo Kuzumaki, responsable en

Tecnología de Seguridad de Toyota Motor Corporation. (Toyota introduce la

conducción automatizada en las carreteras de EEUU- http://www.finanzas.com)

Figura N° 07: Auto Yaris sistema inteligente.

Fuente: http://blogs.salleurl.edu

2.1.3 Elementos que forman un automatismo

Básicamente, los elementos o dispositivos que constituyen un automatismo son

los siguientes:

2.1.3.1 Máquina o Planta

Es el elemento principal objeto del control automático. Puede estar

constituido por un único aparato (motor eléctrico, bomba hidráulica,

compresor de aire, máquina herramienta, etc.) o por un conjunto de

dispositivos dispuestos en planta con una finalidad concreta (climatización

de zona, sistema de riego, cinta transportadora, etc.).

2.1.3.2 Fuente de Energía

Es el medio empleado para realizar el control. En un automatismo

eléctrico este medio lo constituye la energía eléctrica aplicada en sus

distintas formas, como las tensiones continuas o alternas de baja potencia

para la alimentación de dispositivos de control y señalización (alimentación

secundaria) y/o aquellas otras de mayor potencia utilizadas para mover las

máquinas o actuar sobre las plantas (alimentación primaria). En

automatismos de naturaleza neumática, hidráulica o mecánica intervienen

otras fuentes de energía obtenidas, respectivamente, a partir de la fuerza

del aire, la fuerza de algún líquido o por la transmisión y transformación de

movimientos (Automatismos Eléctricos Industriales - IES Fr. Martín

Sarmiento)


17

2.1.3.3 Controlador o Autómata

Es el dispositivo o conjunto de dispositivos encargados de establecer el

criterio de control. Partiendo de la señal proporcionada por el detector o

sensor enclavado en la máquina o planta, y de acuerdo con las indicaciones

del operador o de algún criterio de actuación previamente definido,

determina la correspondiente señal de control que debe ser aplicada al

actuador para mantener la máquina o la planta en las condiciones de

funcionamiento previstas, (Automatismos Eléctricos Industriales - IES

Fr. Martín Sarmiento)

2.1.3.4 Actuador:

Es el dispositivo utilizado para modificar la aportación de energía que se

suministra a la máquina o a la planta. El mayor o menor aporte energético

que provoca el actuador está en consonancia con la señal de control que le

suministra el controlador. Hallamos actuadores típicos en automatismos

eléctricos en los relés, los contactores, las electroválvulas, las válvulas

motorizadas, los tiristores, etc. (Automatismos Eléctricos Industriales - IES

Fr. Martín Sarmiento)

2.1.3.5 Sensor:

Es el elemento empleado para medir o detectar la magnitud de la

variable que deseamos controlar. Adquiere o detecta el nivel del parámetro

objeto de control y envía la correspondiente señal, habitualmente eléctrica,

al dispositivo controlador. Algunos sensores de uso frecuente en

automatismos son: tacómetros, codificadores digitales, sensores de

proximidad, sondas de temperatura, de presión o de nivel, etc.

(Automatismos Eléctricos Industriales - IES Fr. Martín Sarmiento)

2.1.3.6 Operador

Es el conjunto de elementos de mando y señalización que facilita el

intercambio de información entre personas y automatismos para modificar o

corregir las condiciones de actuación de la máquina o planta bajo control.

Debemos considerar que la mayoría de los automatismos deben posibilitar

que el ser humano incida de forma directa, y en el instante deseado, sobre

el proceso, con el objetivo de solventar situaciones de avería, de

mantenimiento o de emergencia.


18

El conjunto de dispositivos que formen los bloques sensor y controlador

se denomina circuito de control. El conjunto constituido por el actuador y la

máquina, circuito de potencia (también se llama de fuerza o principal). El

bloque encargado de generar las alimentaciones primaria y secundaria

recibe el nombre de circuito de alimentación.

En el circuito de control se tienen habitualmente señales de baja o

media tensión y de baja potencia, que son fácilmente manipulables, en

cambio, en el circuito de potencia pueden aparecer tensiones e intensidades

eléctricas elevadas que hacen recomendable la desconexión del

automatismo ante cualquier intervención (Automatismos Eléctricos

Industriales - IES Fr. Martín Sarmiento)

Además de los bloques básicos señalados, hay que tener en cuenta

otros elementos no menos importantes a la hora de construir cualquier

automatismo. Entre otros, deberemos pensar en incluir:

Los dispositivos de seguridad necesarios.

Las conducciones eléctricas de sección adecuada para las

líneas de alimentación.

Los armarios y cuadros eléctricos para el alojamiento de

dispositivos.

Figura N° 08: Diagrama de Bloques de un Sistema de Control.

Fuente: Automatismos Eléctricos Industriales - IES Fr. Martín Sarmiento


19

2.1.4 Instrumentación Eléctrica

2.1.4.1 Disyuntor

Un Disyuntor, es un aparato capaz de interrumpir o abrir un circuito

eléctrico cuando la intensidad de la corriente eléctrica que por él circula

excede de un determinado valor, o en el que se ha producido un cortocircuito,

con el objetivo de evitar daños a los equipos eléctricos. A diferencia de los

fusibles, que deben ser reemplazados tras un único uso, el disyuntor puede

ser rearmado una vez localizado y reparado el problema que haya causado

su disparo o desactivación automática.

Los disyuntores se fabrican de diferentes tamaños y características, lo

cual hace que sean ampliamente utilizados en viviendas, industrias y

comercios.

Figura N° 09: Disyuntor Monofásico.

Fuente: Catálogo CHINT/HANSA INDUSTRIA

2.1.4.1.1 Características

Calibre o corriente nominal: corriente de trabajo para la cual está

diseñado el dispositivo. Existen desde 5 hasta 64 amperios.

Tensión de trabajo: tensión para la cual está diseñado el disyuntor.

Existen monofásicos (110 - 220 V) y trifásicos (300 - 600 V).

Poder de corte: intensidad máxima que el disyuntor puede

interrumpir. Con mayores intensidades se pueden producir

fenómenos de arcos eléctricos o la fusión y soldadura de materiales

que impedirían la apertura del circuito.

https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito

https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito

https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/Cortocircuito

https://es.wikipedia.org/wiki/Fusible

https://es.wikipedia.org/wiki/Amperio

https://es.wikipedia.org/wiki/Voltio

https://es.wikipedia.org/wiki/Arco_el%C3%A9ctrico


20

Poder de cierre: intensidad máxima que puede circular por el

dispositivo al momento del cierre sin que éste sufra daños por choque

eléctrico.

Número de polos: número máximo de conductores que se pueden

conectar al interruptor automático. Existen de uno, dos, tres y cuatro

polos. (https://es.wikipedia.org/wiki/Disyuntor?oldid=90923532)

2.1.4.1.2 Principio de funcionamiento

Su principio de funcionamiento se basa en que la suma fasorial de

las intensidades de línea de un circuito eléctrico es igual a cero; y

observemos que en un sistema monofásico la corriente que circula por

el neutro tiene exactamente el mismo valor que la que circula por la fase,

por lo tanto, en situaciones normales su suma es igual a cero. Cuando

ello no sucede, es decir cuando el neutro o la fase tuvieran una pérdida

o derivación de corriente a tierra, producirá un desequilibrio que hará

actuar el mecanismo de desconexión del disyuntor.

Figura 10: Esquema de Disyuntor Trifásico y Monofásico

Fuente: Autor

2.1.4.2 Contactores

Los contactores son interruptores que se maniobran a distancia, poniendo

en tensión su bobina de mando. Los contactores se utilizan por ejemplo en la

maniobra de los ascensores para cerrar el circuito del motor del grupo tractor,

después de entrar el inversor que determina el sentido de giro del motor, para

subida o descenso de la cabina (Los Transportes en la Ingeniería Industrial

(Teoría) – Antonio Miravete)


21

Figura N° 11: Contactor /Símbolo contactor

Fuente: www.areatecnologica.com

2.1.4.2.1 Ventajas de uso

Los contactores presentan ventajas en cuanto a los siguientes

aspectos y por lo cual es recomendable su utilización.

Automatización en el arranque y paro de motores.

Posibilidad de controlar completamente una máquina, desde varios

puntos de maniobra o estaciones.

Se pueden maniobrar circuitos sometidos a corrientes muy altas,

mediante corrientes muy pequeñas.

Seguridad del personal, dado que las maniobras se realizan desde

lugares alejados del motor u otro tipo de carga, y las corrientes y

tensiones que se manipulan con los aparatos de mando son o

pueden ser pequeños.

Control y automatización de equipos y máquinas con procesos

complejos, mediante la ayuda de los aparatos auxiliares de mando,

como interruptores de posición, detectores inductivos, presostatos,

temporizadores, etc.

Ahorro de tiempo al realizar maniobras prolongadas.

2.1.4.3 Motor Eléctrico Trifásico

Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas

potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de

fuerza (HP), se los construye para prácticamente, todas las tensiones

y frecuencias (50 y 60 Hz) normalizadas y muy a menudo, están equipados

para trabajar a dos tensiones nominales distintas. Se emplean para accionar


22

máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas,

maquinaria elevada, sopladores, etc. (Maquinas Eléctricas –Alexander

Heredia / Universidad Politécnica Salesiana Quito Ecuador)

2.1.4.3.1 Principio de funcionamiento:

Cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases

del motor, en el estator se origina un campo magnético que induce

corriente en las barras del rotor.

Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo

del campo magnético del estator, originará un par motor que pondrá

en movimiento al rotor. Dicho movimiento es continuo, debido a

las variaciones también continuas, de la corriente alterna trifásica.

Solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma

velocidad que la del campo magnético giratorio. Esto se debe a que

a cada momento recibe impulsos del campo, pero al cesar el empuje,

el rotor se retrasa. A este fenómeno se le llama deslizamiento.

Después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un nuevo

deslizamiento, y así sucesivamente. De esta manera se comprende

que el rotor nunca logre alcanzar la misma velocidad del campo

magnético giratorio.

Es por lo cual recibe el nombre de síncrono o asincrónico. El

deslizamiento puede ser mayor conforme aumenta la carga del motor

y lógicamente, la velocidad se reduce en una proporción mayor.

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se

basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que

si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra

dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a

desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo

magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la

corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta

manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la

interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento

circular que se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un

conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos

dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de

http://www.monografias.com/trabajos6/auti/auti.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/bombas/bombas.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/magne/magne.shtml#ca

http://www.monografias.com/trabajos10/riel/riel.shtml#corr

http://www.monografias.com/trabajos11/coele/coele.shtml

http://www.monografias.com/trabajos901/interaccion-comunicacion-exploracion-teorica-conceptual/interaccion-comunicacion-exploracion-teorica-conceptual.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml


23

la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor

tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha

energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado

flecha.

Figura N° 12: Motor Eléctrico Trifásico

Fuente: http://www.sapiensman.com

2.1.4.4 Temporizador a la Conexión

Es un relé cuyo contacto de salida conecta después de un cierto retardo

a partir del instante de conexión de los bornes de su bobina. A1 y A2, a la red.

El tiempo de retardo es ajustable mediante un potenciómetro o regulador

frontal del aparato si es electrónico. También se le puede regular mediante un

potenciómetro remoto que permita el mando a distancia; este potenciómetro

se conecta a los bornes con las letras Z1 y Z2 y no puede aplicarse a los relés

de los contactos.

Figura N° 13: Temporizador

Fuente: http://www.festo.com


24

2.1.4.5 Pulsadores

Un pulsador es un elemento de conmutación manual por presión, cuyo

contacto solamente tiene una posición estable. Al pulsarlo, cambia de

posición, y al dejar de pulsarlo, retorna a su posición inicial mediante un

muelle o resorte interno.

Los pulsadores son elementos que conectan y desconectan instalaciones

y máquinas eléctricas mediante una simple pulsación sobre los mismos. Son

los elementos de mando más utilizados.

2.1.4.5.1 Tipos de pulsadores

Pulsadores normalmente abiertos (NA): Cuando los pulsamos se

efectúa la conexión interna de sus dos terminales. En reposo los

contactos estarán abiertos (es decir, sin conexión eléctrica entre

ellos). Se utilizan generalmente para la puesta en marcha o el

arranque de máquinas e instalaciones eléctricas. (Automatismos

Eléctricos Industriales 2 - IES Fr. Martín Sarmiento Dpto. de

Electricidad)

Pulsadores normalmente cerrados (NC): Cuando los pulsamos

se efectúa la desconexión de sus dos terminales. En reposo los

contactos estarán cerrados (con conexión eléctrica entre ellos). Se

utilizan generalmente para el paro de máquinas e instalaciones

eléctricas. (Automatismos Eléctricos Industriales 2 - IES Fr. Martín

Sarmiento Dpto. de Electricidad)

Figura N° 14: Tipo de Pulsadores

Fuente: Automatismos Eléctricos Industriales 2 Fig. 3.1 - IES Fr. Martín

Sarmiento Dpto. de Electricidad

3 Pulsador 1NA + 1NC: En un mismo pulsador pueden existir ambos

contactos, que cambian simultáneamente al ser pulsados.

Un tipo de pulsador muy utilizado en la industria es el llamado pulsador

de paro de emergencia, denominado comúnmente “seta”, debido a su


25

aspecto externo. La cabeza de estos pulsadores es bastante más ancha

que en los normales y de color rojo, sobre fondo amarillo. Permite la

parada inmediata de la instalación eléctrica cuando ocurre un accidente.

Estos pulsadores llevan un dispositivo interno de enclavamiento de

muestra que, una vez pulsado, no se puede reanudar el funcionamiento

de la instalación hasta que se desenclave, por ejemplo, mediante un giro

de la cabeza o una llave auxiliar.

Figura N° 15: Pulsador de Emergencia.

Fuente: Pliz the Espirit of Safety

2.1.5 PLC

Un PLC (Controlador Lógico Programable) es un dispositivo electrónico de

estado sólido que puede controlar un proceso o una máquina y que tiene la

capacidad de ser programado o reprogramado rápidamente según la

demanda de la aplicación. Fue inventado para remplazar los circuitos

secuenciales basados en relés que eran necesarios para el control de las

máquinas. El PLC funciona monitoreando sus entradas, y dependiendo de

su estado, activando y desactivando sus salidas. El usuario introduce al PLC

un programa, vía software y ocasiona que se comporte de la manera

deseada.

Figura N° 16: PLC

Fuente: Product high light Modicon M580 – Schneider Electric


26

Los PLC’s son usados en muchas aplicaciones: Maquinado de piezas,

ensamblado automático, manipulación de materiales y en general cualquier

tipo de aplicación que requiera controles eléctricos (Diseño de un Sistema de

Control Mediante PLC para las Instalaciones de Aire Acondicionado Central (Agua

Helada) e Iluminación de un Edificio de Laboratorios – Luis Antonio Boscan Añaez

/Universidad Central de Venezuela)

2.1.5.1 Características

Poseen Memoria Volátil y no Volátil: Tanto el programa de aplicación

escrito por el usuario como los datos internos del PLC’s, normalmente es

guardado en una RAM (memoria volátil), lo que le permite tener un acceso

más veloz a las instrucciones del programa y a los datos internos de

registros, contadores, temporizadores, bits internos, etc. También, una vez

que se ha depurado el programa de aplicación, los PLC’s permiten la opción

de salvaguardar el programa en memorias tipo EEPROM (no volátiles) para

así recuperar el mismo en caso de un corte muy prolongado de energía que

ocasiona una pérdida de datos de la RAM.

Figura N° 17: Tipos de Memorias de un PLC

Fuente: http://proyectojulian449622.blogspot.peElectric


27

Capacidad Modular de Entradas / Salidas: Esto permite la combinación de

distintos niveles y tipos de señal de entrada, así como también el manejo de

salidas para distintos tipos de carga. Igualmente, si la aplicación crece, y se

requiere mayor número de entradas / salidas, casi sin ningún problema los

PLC’s pueden adecuarse al nuevo requerimiento.

Figura N° 18: Capacidad Modular de los PLC’s

Fuente: Automatización Industrial Mediante PLC’s –Just Another

WordPress.com Weblog

Autodiagnóstico de Fallas: El PLC monitorea el funcionamiento de su

CPU, memoria y circuito de interfaces de entrada y de salida, como también

monitorea el correcto funcionamiento del programa de aplicación. Mediante

un LED en su cara frontal señaliza el estado respectivo.

Figura N° 19: Autodiagnóstico de Fallas

Fuente: Autores


28

Programación de la Lógica de Control: Esto permite la fácil adaptación a

los cambios en la lógica de operación de las máquinas y procesos.

Figura N° 20: Programación Lógica de Control.

Fuente: https://exploratecnica.blogspot.pe

Capacidad para Generar Reportes y Comunicarse con Otros Sistemas:

Con esta facilidad se puede integrar interfaces de explotación hombre – máquina. Los PLC’s pueden participar en redes de comunicación con otro PLC’s para formar sistemas distribuidos de control.

Figura N° 21: Capacidad de Comunicación

Fuente: IAC /Automatización Industrial


29

2.1.5.2 Tipos de PLC’s (Controladores Lógicos Programables (PLC) - PAC-

Performance-centered Adaptive Curriculum for Employment Needs

Programa ERASMUS: Acción Multilateral - 517742-LLP-1-2011-1-BG-

ERASMUS-ECUE)

2.1.5.2.1 PLC Compacto

Son los que incorporan CPU, PS, módulos de entrada y salida en un

único paquete. A menudo existe un número fijo de E/S’s digitales (no

mayor a 30), una o dos canales de comunicación (para programar el

PLC y la conexión de los buses de campo) y HMI, también puede

haber una entrada para el contador de alta velocidad y una o dos

entrada y salidas analógicas. Se utiliza para sustituir a los relés.

Figura N° 22: PLC Compacto

Fuente: PLC – R2B201BD 8A 24VDCl

2.1.5.2.2 PLC Modular

Es un PLC más potente y tiene más funciones que los de compacto.

El CPU, SM, CP y otros módulos se encuentran en paquetes

separados en un riel DIN y se comunica con el CPU a través de un

sistema bus. El PLC modular puede soportar programas más

grandes, guardar más datos y operar bajo el modo de multitarea. Se

utilizan para control, monitorización, servicio web, etc.


30

Figura N° 23: PLC Modular

Fuente: Product high light Modicon M580 – Schneider Electric

2.1.5.2.3 PLC Montaje en Rack

Tienen las mismas capacidades y funciones que un PLC modular,

existen algunas diferencias con el rack donde se colocan los

módulos. El rack contiene ranuras para los módulos y un sistema de

bus integrado para intercambiar información entre los módulos.

Permite el intercambio más rápido de los datos y el tiempo de

reacción es menor.

Figura 24: Ejemplos de Montaje de PLC

Fuente: Catálogo Siemens

2.1.5.2.4 PLC Ranura

Es una tarjeta especial, que posee las funciones de cualquier CPU

de un PLC normal. Permite intercambiar la información entre las

aplicaciones HIM del PC existente y otras aplicaciones software. La

ranura de la tarjeta tiene un canal de comunicación para conectar el

bus de campo.


31

Figura 25: PLC Omrom CS1G/H de Tipo Ranura

Fuente: OMRON CS1G-CPU44H Programmable Controller SYSMAC

CS1G/H CPU Unit

2.1.5.3 Ventajas de los PLC’s sobre lógica a relés

Tabla 01: Ventajas de PLC Sobre Lógica de Relés

Lógica con PLC’s Lógica a Relés

Flexibilidad de configuración y

programación

Costosos cambio de hardware

Reducción de espacios Mayor espacio relativo

Montaje fácil y rápido Montaje lento y tedioso

Múltiples contactos NO, NC Máximo de 4 a 6 contactos

Consumo de energía reducido Mayor consumo de energía

Localización fácil y rápida de

averías de fallas.

Poca confiabilidad. Partes

mecánicas

2.1.6 Interfaces de Entrada y Salida

Las entradas y salidas de un PLC le sirven para monitorear y controlar

máquinas y procesos. Existen 2 tipos de entradas/salidas: Entradas –

Salidas Discretas y Entradas – Salidas Analógicas.

2.1.6.1 Tipos de Entrada / Salida a los PLC’s

2.1.6.1.1 Entrada – Salida Discreta

Las entradas discretas también conocidas como entradas

digitales son las que poseen 02 estados: ON – OFF. Los cuales

provienen de detectores de proximidad, interruptores de

posición, etc. En condición ON puede ser llamado como un 1 o


32

como un ALTO, mientras que la condición OFF es como un 0 o

como un BAJO.

Las salidas discretas tienen 2 condiciones: ON – OFF, estas van

a servir para las bobinas de los contactores, válvulas solenoides,

etc.

Figura 26: Entradas – Salidas Discretas

Fuente: Info PLC

2.1.6.1.2 Entrada – Salida Analógica

Las entradas analógicas son voltajes o corrientes continuas que

provienen de controles de temperatura, flujo nivel, presión, etc.

Estas señales su rango es de 4 a 20 mA DC, o señales de rango

0 a 10 V DC.

Las salidas analógicas son señales de corriente y voltajes

continuos, que pueden ser de nivel de 0 a 10 V que maneje un

voltímetro analógico, o señales complejas que manejan

convertidores de corriente – presión de aire y entre otros.


33

Figura 27: Entradas – Salidas Analógicas

Fuente: Info PLC

2.2 EL RIEGO

El riego tiene como finalidad cubrir las necesidades de agua de las plantas

en la cantidad, la calidad y el momento adecuado, de tal manera que la

humedad del suelo en la zona de las raíces permita buenas condiciones para

que crezcan los cultivos. El riego es importante cuando las lluvias son

insuficientes para para cubrir las necesidades de agua de los cultivos.

2.2.1 Tipos

2.2.1.1 Riego por Goteo

Se le denomina así, porque permite la aplicación del agua y los fertilizantes al cultivo en forma de "gotas" y localizada con alta frecuencia, en cantidades estrictamente

necesarias y en el momento oportuno y óptimo. (Manual del Cálculo de Eficiencia para Sistema de Riego- MINAGRI/ DGIAR – LIMA- PERU 2015)

Este sistema de riego permite:

a) Aplicar el agua de riego en forma localizada, continua, oportuna

y eficiente.

b) Adaptarse a cualquier suelo y condiciones topográficas diversas.

c) Regar, fertilizar y controlar plagas en forma simultánea,

ahorrando tiempo y jornales.

d) Alcanza alta eficiencia de aplicación, mayores de 90%.

e) Elimina el desarrollo de malezas y la presencia de plagas y/o

enfermedades.


34

Figura N° 28: Riego por Goteo

Fuente: http://parquesalegres.org

2.2.1.2 Riego por Aspersión

Con este método el agua se aplica al suelo en forma de lluvia

utilizando unos dispositivos de emisión de agua, denominados

aspersores, que generan un chorro de agua pulverizada en gotas. El

agua sale por los aspersores dotada de presión y llega hasta ellos a

través de una red de tuberías cuya complejidad y longitud depende de la

dimensión y la configuración de la parcela a regar.

(http://www.agroes.es)

Este sistema permite:

a) Aplicar agua a los cultivos en forma uniforme y controlada.

b) Reducir las pérdidas por conducción y distribución.

c) Disminuye los efectos nocivos de las heladas.

d) Mejora la eficiencia y economía en la aplicación de fertilizantes y

pesticidas.

e) Eliminar los requerimientos de nivelación de suelos.

f) Minimiza la demanda de mano de obra durante el riego.

g) Uniformizar la aplicación del agua.


35

Figura N° 29: Aspersores

Fuente: https://es.wikihow.com

2.2.1.3 Riego por Micro-aspersión

Estos sistemas de riego por goteo y micro-aspersión, permiten

conducir el agua mediante una red de tuberías y aplicarlas a los cultivos

a través de emisores que entregan pequeños volúmenes de agua de

forma periódica. El agua se afirma en forma de goteo por medio de

goteros o en forma de lluvia a través de difusores denominados micro-

aspersores o microjets.

Los aspersores se van cambiando a medida que cambian los

requerimientos de los cultivos. Se pueden obtener áreas regadas o

láminas diferentes aplicadas con el mismo equipo de tubos, el cambio se

logra cambiando las boquillas de los microaspersores.

Por lo anterior este método es muy dinámico y se puede cambiar la

aplicación de agua en la medida de los requerimientos del cultivo sin

modificar el caudal de diseño del equipo. (LOS SISTEMAS DE RIEGO POR

GOTEO Y MICROASPERSION – Mario A. LIOTTA)


36

Figura N° 30: Micro-aspersor o Microjets

Fuente: https://ecologiahoy.net

2.2.1.4 Riego por Mangas

Las Mangas Plásticas permiten conducir el agua de riego en forma

fácil, sin perder presión, pasando los desniveles de los terrenos y de esta

forma regar los sectores más altos del capo evitando la acumulación de

agua en los sectores bajos

Para aplicar el agua a los surcos presentan perforaciones a

distancias determinadas con válvulas para abrir y cerrar el paso del

agua.

Se instalan después de haberse preparado el campo y que la

siembra se haya realizado. Después, se puede usar cuando así se

requiera durante la cosecha.

Las mangas están hechas de un material que resiste las

inclemencias del tiempo y del sol, asimismo de los daños causados por

pájaros e insectos que puedan ocurrir durante la temporada de siembra.

(Mangas Plásticas para Riego – Néstor Cabas M/ Edmundo Varas B)


37

Figura N° 31: Mangas de Riego

Fuente: www.fao.org.com

2.2.2 Componentes y Equipos de un Sistema de Riego

2.2.2.1 Difusores y/o Aspersores

2.2.2.1.1 Difusores:

Son una de las partes más importantes en el circuito de riego. Su

función es la de regular como sale el agua, el ángulo de riego y la

distancia. La selección de un modelo u otro depende en gran parte de

la zona a regar y la altura de las plantas que estén cerca y que puedan

obstaculizar el agua (http://solucionesfluitec.com).

Permiten un riego circular permanente (algunos difusores riegan con

forma de rectángulo).

Alcance de 3 a 5,5 metros.

Radio de 1 a 360º.

Caudal de 48 a 100 l/h a 360º.

Duración de riego medio de 12 minutos.

Los difusores están destinados para las superficies pequeñas. Se

pueden regular con precisión en apertura y en alcance.


38

Figura N° 32: Difusor

Fuente: http://elriego.com

A. Partes

Un difusor consta de la siguiente estructura:

Tobera o Boquilla: La pieza por donde sale el agua. Hay

difusores que la incorporan y otros que no, en ese caso

necesitarías comprarla aparte. Hay diferentes tipos de toberas y

cada una tiene un caudal y un ángulo distintos, por tanto es muy

importante que tengas estos dos elementos en cuenta a la hora

de escoger la tobera que mejor se adapte a la zona que quieres

regar. Todos los fabricantes facilitan unas tablas en las que

indican los diferentes caudales y ángulos que puedes escoger de

una misma tobera.

Filtro: Su función es evitar que la suciedad que contiene el agua

obstruya la tobera.

Tuerca de limpieza: Sirve para desmontar la parte superior del

difusor y poder realizar la limpieza del filtro o sustitución de la

tobera.

Vástago: Transporta el agua de la red hasta la tobera. El sistema

de riego se sitúa bajo tierra y para regar, el vástago se eleva y

sale a la superficie. La longitud del vástago es un elemento clave

a la hora de escoger un difusor, ya que condiciona la altura a la

que regará.

Cuerpo del difusor: Es la carcasa que esconde el resto de

elementos. Suele ser de plástico aunque también la podemos

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39

encontrar metálica, siendo esta última mucho más resistente a

golpes y roturas.

Rosca de conexión: Es uno de los elementos clave. Para riegos

domésticos las más habituales son ½” o ¾”. La elección de la

rosca depende en gran medida de la tubería y los accesorios

usados en la instalación.

Figura 33: Partes de un Difusor

Fuente: https://www.tuandco.com

B. Criterios para escoger el Difusor

A continuación se muestra los tres aspectos más importantes a tener

en cuenta para escoger el difusor (https://www.tuandco.com):

La Altura de Elevación:

Es un factor muy importante, indica la altura a la que se eleva

el vástago sobre el suelo. Si lo que se quiere es regar el césped,

lo más habitual es seleccionar uno que tenga una altura de

elevación de entre 5 y 10cm. Por el contrario, si se quisiera regar

un campo de hierba o unas jardineras, la altura de la elevación

dependerá del tipo de plantas y su respectiva altura. Para que

puedas tomar una referencia, para riego residencial el difusor más

frecuente es el de 5 y 10cm.

La Tobera:

Esta pieza marca el ángulo de riego del difusor y su alcance,

así que es importante que se preste especial atención a este

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40

aspecto y se escoja la opción que mejor se ajuste a las

necesidades.

Estos son los tipos de toberas que puedes encontrar en el

mercado:

– Toberas de Ángulo Fijo: Este tipo de toberas tienen un

ángulo de riego fijo, que puede ser de 90º, 180º, 270º o 360º.

Su forma de regar es; haciendo un abanico de agua y su

alcance dependerá del ángulo que hayas escogido.

– Toberas Ajustables: Son las más versátiles, ya que permiten

ajustar el ángulo de riego a tus necesidades. Muchos modelos

de difusores ya las incorporan de fábrica y son la opción más

recomendada. Como las toberas de ángulo fijo, las ajustables

riegan haciendo un abanico de agua, pero en este caso

podemos regular el ángulo de riego.

– Toberas Rotativas: Son relativamente nuevas en el mercado,

las puedes encontrar de ángulo fijo o ajustable. Su principal

virtud es que el caudal de agua necesario para el riego es

mucho menor que en las anteriores y su riego es mucho más

eficiente. Mientras que las toberas normales hacen un abanico

de agua uniforme, las toberas rotativas riegan con unos

chorros de agua que rotan entre ellos, sistema que permite un

riego más homogéneo y parecido a los aspersores

profesionales.

– Toberas de Franja: Son parecidas a las de ángulo fijo, pero

en este caso no hacen un abanico de riego si no que riegan

zonas muy concretas. Por ejemplo, permiten regar un pasillo

sin mojar fuera del césped. Puedes encontrar toberas con

franja en un lateral del difusor o en ambos lados.

Figura 34: Tipos de Tobera

Fuente: https://www.tuandco.com


41

La Rosca.

La rosca depende en gran medida del difusor seleccionado.

La más habitual es ½”, aunque se puede encontrar de ¾” para

aplicaciones más profesionales. Por lo general acostumbran a ser

de plástico, por lo que es aconsejable usar accesorios del mismo

material para no dañarlas.

2.2.2.1.2 Aspersores

Los aspersores son los elementos de la instalación de riego por

aspersión encargados de distribuir el agua en forma de lluvia sobre la

superficie del suelo. Son elementos provistos de una o más boquillas

montadas sobre un cuerpo central, por las que sale el agua a presión. El

movimiento giratorio del aspersor es provocado por la presión del agua que,

al salir, se dispersa en forma de gotas mojando una superficie más o menos

circular, cuyo alcance depende de la presión del agua y del tipo de aspersor.

La distribución del agua sobre la superficie regada por un aspersor no es

uniforme, por lo que para conseguir la mayor uniformidad posible han de

disponerse los aspersores lo suficientemente próximos entre sí de tal forma

que se produzca un solape entre ellos (Riego por Aspersión – Junta de

Andalucía).

Tipos de Aspersores

En general, los diferentes tipos de aspersores pueden agruparse

atendiendo a distintos aspectos:

A. Según el Mecanismo de Giro

Aspersores de Impacto: Son los más utilizados en

agricultura. El giro se consigue mediante el impulso

del chorro del agua sobre un brazo oscilante que se

desplaza y vuelve a su posición inicial gracias a un

muelle recuperador. Cuando el brazo vuelve a su

posición original, golpea el cuerpo del aspersor

provocando un ligero giro del mismo. La velocidad de

giro es relativamente pequeña, por lo que se les

considera aspersores de giro lento.

Aspersores de Turbina o Engranaje: Su giro es

continuo empleando la presión del agua a su paso por

un mecanismo de engranajes que va unido al cuerpo


42

del aspersor. En general son aspersores de gran

tamaño que trabajan con altas presiones y suministran

caudales elevados. Su uso está bastante limitado en

agricultura, estando más difundidos en jardinería.

Presenta las siguientes características:

Riego circular mediante un chorro simple.

Alcance de 5,5 hasta 15 m.

Radio de riego de 40 a 360º.

Caudal de 100 a 2600 l/h.

Duración del riego medio: 20 minutos (durante

más tiempo pues no se riega toda la superficie

al mismo tiempo).

Las turbinas se destinan para cubrir grandes

superficies. Se pueden regular con precisión

en lo que se refiere a apertura y alcance.

Figura 35: Partes de un aspersor tipo turbina

Fuente: https://www.msssi.gob.es

Aspersores Rotativos o de Reacción: Poseen una

o varias boquillas orientadas de forma que la reacción

al cambio de dirección del movimiento del agua

produce la rotación del aspersor. Su uso es muy


43

frecuente en jardinería, horticultura, viveros, etc. pero

no son utilizados en agricultura extensiva.

B. Según el Área Mojada

Aspersores Circulares: Son aquellos que mojan una

superficie de terreno de forma circular. Son de este

tipo los que se colocan en el interior de la parcela a

regar.

Aspersores Sectoriales: Son aquellos que tienen la

opción de girar sólo en un sector circular en lugar de

realizar el círculo completo. Están indicados

especialmente en los bordes de las parcelas donde

es preciso regar esquinas y laterales.

Están dotados de un tope que se gradúa dependiendo

de la zona a regar, el cual provoca el retorno del

aspersor y su giro en sentido contrario. Actualmente

existen en el mercado aspersores sectoriales con un

ángulo de trabajo ya preestablecido (90º, 180º, 270º,

etc.) y otros en los que el giro se regula de 0º a 360º.

C. Según la Presión de Trabajo

De Baja Presión: Los más usuales son los de impacto,

que suelen trabajar a presiones menores de 2.5 kg/cm2

(“kilos”). Por lo general tienen una sola boquilla de un

diámetro de salida inferior a 4 milímetros, y generan un

caudal inferior a 1.000 litros/hora.

De Media Presión: Son aspersores que trabajan a una

presión comprendida entre 2.5 y 4 kg/cm2. Suelen

llevar una o dos boquillas con un diámetro

comprendido entre 4 y 7 milímetros, pudiendo

suministrar caudales entre 1.000 y 6.000 litros/hora.

Suelen utilizarse en marcos desde 12x12 metros a

24x24 metros, lo que indica que el alcance del aspersor

puede variar de 12 a 24 metros.

De Alta Presión: Son aspersores cuya presión de

funcionamiento es superior a los 4 kg/cm2. Suelen ser

de gran tamaño, mas conocidos como “cañones”, y


44

pueden tener una, dos o tres boquillas. El caudal del

aspersor puede variar entre 6.000 y 40.000 litros/hora,

aunque los grandes cañones pueden llegar a los

200.000 litros/hora (200 metros cúbicos/hora).

2.2.2.2 Mangas de Riego

La manga es una herramienta para el riego que ha tomado una gran

relevancia entre los productores agropecuarios dado su bajo costo de inversión,

su practicidad, facilidad de manipulación, traslado e instalación.

Por definición, una manga de riego es un tubo plástico flexible y espesores

de pared muy reducidas respecto del diámetro. En general se conoce como

mangas a los diámetros entre 50 mm en más, alcanzando hasta diámetros

comerciales de 630 mm. Sus espesores pueden variar, dependiendo del

material y requerimientos entre los 0,2 mm hasta los 0,6 mm. Estos diámetros

grandes y espesores de pared reducidos implican una baja resistencia a la

presión interna en comparación con la tubería rígida.

Esto no la hace menos útil o de mala calidad, por el contrario es una

herramienta muy ponderosa si la usamos adecuadamente.

Concluimos que una manga riego es un elemento de conducción de agua

a baja presión (Hojas Técnicas P&R Argentina – Sebastián Beláustegui).

2.2.2.2.1 Tipos de Mangas

Desde su material constitutivo pueden ser fabricadas en:

Polietileno (Pe)

Figura 36: Manga de Polietileno

Fuente: Catálogo: Plásticos América, Colombia


45

Polietileno (Pex) con Soporte Textil

Figura 37: Manga de Polietileno con Soporte Textil

Fuente: Catálogo Tecnocom, Argentina

PVC (PVCx) con Soporte Textil

Figura 38: PVC con soporte Textil

Fuente: https://www.fitt.com

Las mangas con soporte textil presentan una gran resistencia al

punzonado muchísimo mayor. No obstante, una adecuada

instalación y trato de la manga reduce su daño considerablemente.

Las más utilizadas son las de Pe que se presentan en diferentes

espesores de pared.

Tabla 02: Mangas de Pe con espesor de pared

TIPO

ESPESOR MEDIO EN MICRONES

STD 250

REF 300

PES 350

EXT 450 Fuente: Riego por Mangas - P&R Argentina


46

2.2.2.2.2 Compuerta o Boquilla de Riego

Permite regular el caudal fácilmente con su sistema de tapa corrediza,

tipo guillotina.

Figura 39: Compuerta de una Manga

Fuente: Riego por Mangas - P&R Argentina

Su instalación es una tarea muy sencilla, recuerde que la manga tiene

que estar llena y al tacto imagine una naranja Madura. Cuando instale la

compuerta no dude en agujerear el lugar elegido.

Figura 40: Instalación de compuerta en una manga

Fuente: Riego por Mangas - P&R Argentina

Su sistema de apertura permite retirar hojas, pequeñas ramas y todo

tipo de residuos de una forma sencilla, simplemente abriendo la compuerta

al máximo.

2.2.2.3 Tubería

Las tuberías que se emplean en las canalizaciones de agua del sistema de

riego son de polietileno (de color negro). Estas tuberías pueden soportar

grandes presiones (6 bares), no se pudren y no se resquebrajan. Están

disponibles en varios diámetros (25 y 32 mm principalmente). La elección del

diámetro se hace en función del caudal de agua requerido. Si para una


47

instalación de agua la suma de caudal de los aspersores es inferior a 2500 l/h

(2,5 m3/h), será suficiente con una tubería de 25 mm de diámetro. En caso

contrario, se usará el de 32 mm (Sistema de Riego – Sistema de Desagüe

Pluvial - UAP)

Racores o Conectores para Riego Integrado:

Se utilizan para conectar las tuberías del riego y existen formatos para todo

tipo de conexiones. A continuación, se presenta una pequeña selección de ellos

ya que existen muchos más tipos.

Figura 41: Conector para unir dos secciones de tubo

Fuente: Sistema de Riego – Sistema de Desagüe Pluvial – UAP

Figura 42: Conector para obtener un ramal de la tubería principal



48

Figura 43: Conector usado para unir las electroválvulas con las tuberías


Figura 44: Conector empleado para realizar dos derivaciones de la tubería

principal



49

Figura 45: Conector empleado para sellar el punto final del circuito de tuberías


Figura 46: Conector utilizado para unir piezas de riego con salida hembra


Figura 47: Codo utilizado para cambiar la dirección de la tubería



50

2.2.2.3.1 Comportamiento del Agua en Redes de Tuberías

En general, cuando se agrega un consumo a la instalación de agua de

una casa, se debería verificar que dicha instalación sea capaz de entregar

el flujo de agua requerido a una presión adecuada.

Si bien es cierto que este tipo de verificación se suele omitir al instalar

un arranque para la lavadora o agregar una llave de agua para el jardín,

omitir dicha verificación en una instalación de riego nos puede llevar a

perder una inversión importante.

Esto se debe a que el consumo de un sistema de riego automático

puede llegar a ser bastante mayor que el consumo normal de una casa;

de hecho, un sólo rociador de arbustos de 360º consume más agua que

una ducha (Sistemas de Riego Automático – Territorio Verde).

¿Qué es la Presión?

Por definición, Presión es una fuerza aplicada sobre una unidad de

superficie. Se suele medir en libras por pulgada cuadrada (psi), en bar o

en kilopascales.

Sin embargo, cuando se trabaja con líquidos homogéneos, se le puede

representar como la altura hasta la cual se puede hacer llegar dicho líquido.

Las formas más comunes de representar la presión en forma de altura son

los milímetros de mercurio y los metros-columna-de-agua (m.c.a.), siendo

esta última la unidad de medida más usada en diseño de redes de agua.

¿Qué pasa cuando se mueve el agua dentro de una tubería?

Como se ilustra en la figura 48, se produce una disminución de presión

en la medida en que el agua fluye debido a la fricción que se produce con

las paredes de los tubos.

En este caso, se tiene tres tramos de distinto diámetro y una serie de

tubos verticales para apreciar la presión en su interior. Se puede apreciar

que las disminuciones más bruscas se producen en los tubos más

delgados.

Por otra parte, se tiene que la fricción aumenta en la medida en que

aumenta la velocidad del flujo. Como en el presente caso no hay nada que

impida la salida del agua, la velocidad aumenta hasta que la presión a la

salida de la cañería se anula.


51

Figura 48: Movimiento del Agua en una Tubería

Fuente: Sistema de Riego – Territorio Verde

¿Se puede calcular las pérdidas de presión en una cañería?

Sí. A continuación, se muestra una fórmula para calcular la pérdida de

presión por cada metro de tubería.

𝐽 = 10,665 .𝑄1,852

𝐶1,852 . 𝐷4,869

Donde:

J = Pérdida de carga en tanto por uno (m.c.a./m) (adimensional)

Q = Caudal en m3/s

D = Diámetro interior de la tubería en m

C = Coeficiente de rugosidad (C=150 para PVC)

En la Tabla 03, se muestran los valores de coeficiente de rigurosidad

de Hazen – Willams para diferentes materiales

Tabla 03: Coeficiente de Rigurosidad de Hazen – Williams

COEFICIENTE DE HAZEN – WILLIAMS PARA MATERIALES

MATERIAL C MATERIAL C

Asbesto Cemento 140 Hierro Galvanizado 120

Latón 130-140 Vidrio 140

Ladrillo de Saneamiento 100 Plomo 130-140

Hierro Fundido, Nuevo 130 Plástico(PE, PVC) 140-150

Hierro Fundido, 10 Años de edad 107-113 Tubería Lisa Nueva 140

Hierro Fundido, 20 Años de edad 89-100 Acero Nuevo 140-150

Hierro Fundido, 30 Años de edad 75-90 Acero 130

Hierro Fundido, 40 Años de edad 64-83 Acero Rolado 110

Concreto 120-140 Lata 130

Cobre 130-140 Madera 120

Hierro Dúctil 120 Hormigón 120-140

Fuente: Karina Giménez Abreu


52

¿Qué pasa si incorporamos elementos como válvulas, codos, etc.?

Cuando se incorporan elementos que alteran el flujo, se producen

remolinos y, en consecuencia, se pierde presión, tal como se ilustra en la

figura 49.

En la mayoría de los casos, esta pérdida de presión es proporcional a

la altura de velocidad y basta multiplicar la altura de velocidad por un

"coeficiente de pérdida de carga singular", denominado "k", el cual

depende de la forma del elemento.

Por ejemplo, el valor de k para un codo típico es de 0,9. Así, si la altura

de velocidad fuese de 01m, la pérdida de presión en un codo sería de 90

centímetros (01 metro multiplicado por 0,9).

Figura 49: Pérdidas en una Tubería

Fuente: Sistema de Riego – Territorio Verde

Tabla 04: Coeficiente de Pérdida de Carga Singular

VALORES DE COEFICIENTE K EN PÉRDIDAS SINGULARES

ACCIDENTE K L/D

Válvula Esférica(Totalmente Abierta) 10 350

Válvula en Ángulo Recto(Totalmente Abierta) 5 175

Válvula de Seguridad(Totalmente Abierta) 2.5 -

Válvula de Retención(Totalmente Abierta) 2 135

Válvula de Compuerta(Totalmente Abierta) 0.2 13

Válvula de Compuerta(Abierta ¾) 1.15 35

Válvula de Compuerta(Abierta(1/2) 5.6 160

Válvula de Compuerta(Abierta ¼) 24 900

Válvula de Mariposa(Totalmente Abierta) - 40

T Por Salida Lateral 1.87 67

Codo a 90° de Radio Corto(Con Bridas) 0.90 32

Codo a 90° de Radio Normal(Con Bridas) 0.75 77


53

Codo a 90° de Radio Grande(Con Bridas) 0.60 20

Codo a 45° de Radio Corto(Con Bridas) 0.45 -

Codo a 45° de Radio Normal(Con Bridas) 0.40 -

Codo a 45° de Radio Grande(Con Bridas) 0.35 -

Fuente: Karina Giménez Abreu

¿Se puede determinar en un sólo paso simple cuál es el tendido de

tuberías ideal?

En general no, ya que habitualmente existe más de una opción

técnicamente factible. Por lo mismo, una vez conocidas las características

del arranque, se deberá pensar en una o más soluciones que parezcan

razonables, revisar su comportamiento esperado, su costo y ver en qué se

puede mejorar.

No se trata de proponer una solución hasta el último detalle en esta

etapa; para una primera aproximación bastará con definir algunas variables

relevantes, tales como tipo de emisor, ubicación aproximada con respecto

al arranque considerado, caudal del circuito y una propuesta tentativa de

diámetros de tuberías.

Luego se deberán estimar, por tramos, las pérdidas de presión en el

circuito y observar si se mantienen en rangos aceptables. También se

deberán observar los cuellos de botella de la instalación y ver si se puede

mejorar su capacidad a un costo razonable. También se deberá observar

si se puede lograr una economía relevante reduciendo la capacidad de

alguna parte de la instalación o exigiendo más algún circuito.

¿Cómo se calculan las pérdidas de presión en un circuito con

ramificaciones?

Al igual que en un circuito lineal, interesa saber lo que ocurre en el

rociador más desfavorable, el cual se encontrará en la punta de una de las

ramas. En algunos casos será trivial saber cuál es el más desfavorable; en

otros casos puede haber más de un candidato y habrá que realizar el

cálculo para cada candidato.

En ambos casos, se deberá seguir el camino que sigue el agua hasta

el rociador en análisis, calcular la pérdida de presión en cada tramo y

elemento y sumar dichas pérdidas. Se debe notar que las pérdidas de

presión en tubos pertenecientes a otros ramales no afecten al rociador en


54

análisis, ya que dichos tubos no forman parte del camino del agua que lo

alimenta. Por lo mismo, estas pérdidas no deben ser sumadas.

¿Existen formas más simples de diseñar y calcular circuitos?

Sí, aunque estas simplificaciones llevan a sobreestimar las pérdidas

de presión y, en consecuencia, llevan a invertir algo más en materiales de

lo estrictamente necesario.

Un criterio es escoger (arbitrariamente) la pérdida de presión máxima

que nos permitiremos en cada tramo del circuito.

Luego se cuenta el número de tramos que deberá recorrer el agua

hasta llegar al rociador más lejano. Teniendo este dato, se podrá saber que

la pérdida de presión será menor que el número de tramos que recorrerá

el agua multiplicado por la presión máxima por tramo.

A continuación, se calcula los caudales en cada tramo y se escoge los

tubos de modo que la pérdida de presión por tramo no supere a la pérdida

máxima escogida.

Si la pérdida de presión y los materiales empleados nos parecen

razonables, aceptamos el diseño. En caso contrario, se repite el

procedimiento con una pérdida de presión más adecuada.

2.2.2.4 Llave de Paso

Permite controlar de forma manual la apertura y el cierre del agua en

la línea de riego. Según el modelo, se instala entre dos fracciones de

tubería de diámetros 12 o 16 mm (conexiones estriadas), o entre una

fracción de tubería (conexión estriada) y una pieza roscada, macho o

hembra, de ¾ "(conexión roscada).

Las llaves de paso se deben instalar de manera que la flecha

marcada en el cuerpo de la pieza indique el sentido del caudal de agua.

(Instalar Sistemas de Riego en terrazas y Balcones– Leroy Merlin)


55

Figura 50: Llave de Paso

Fuente: Instalar Sistemas de Riego en terrazas y Balcones– Leroy Merlin

2.2.2.5 Reductor de Presión

Diseñado para suministrar una presión de salida constante en la instalación

de riego localizado. Existen distintos modelos que suministran presión desde

01 a 2,5 bares.

Figura 51: Reductor de Presión

Fuente: Catálogo – Planeta Huerto

2.2.2.6 Válvulas Automáticas

Ya antes se había señalado la existencia de válvulas o sistemas

automáticos y manuales, posibles de utilizar en una instalación de riego,

dependiendo de su dimensión y complejidad, entre otras cosas. No obstante

aquello, será necesario, para poder más adelante conocer el funcionamiento

de un programador eléctrico, conocer algunas características de ciertas

válvulas que, dado sus sistemas de funcionamiento, poseen algunas

características asimilables a un programador, como también se mencionará

anteriormente.


56

2.2.2.6.1 Tipos de Válvulas

Válvulas Eléctricas Autoprogramables

Estas válvulas cuentan con un sistema de cierre y apertura controlada por

un solenoide (bobina) montado encima de la válvula, sobre el cual, a su vez,

se construye un pequeño programador alimentado eléctricamente, con pilas,

baterías y/o tensión de red.

Al igual que las válvulas volumétricas, éstas sólo controlan un sector de

riego, con la diferencia que tiene la capacidad de almacenar el programa o

instrucción impartida por el operador en una memoria digital para repetirla

periódicamente, si se desea, además de ofrecer muchas posibilidades para

distribuir el riego.

Válvulas Eléctricas Solenoides

Funcionan básicamente igual a las válvulas eléctricas autoprogramables,

con la excepción que las primeras funcionan independientemente, no

estando ligadas a un programador en sí; mientras que las del tipo solenoide

funcionan conectadas a un programador central que normalmente controla

varias válvulas, por lo mismo, muchos sectores de riego.

Figura 52: Válvula Solenoide

Fuente: Cátalogo - Servitek

2.2.2.6.2 Funcionamiento de una Válvula Solenoide

El solenoide o bobina que utilizan las válvulas de agua, se activa con

electricidad y utiliza diferentes voltajes, dependiendo del modelo de la

válvula.

Básicamente, un “solenoide”, es un bobinado o bobina por el cual circula

un flujo eléctrico y en cuyo centro tiene un núcleo de ferrita móvil, formado


57

por un electroimán. Al momento de activar la válvula, se acciona dicho

electroimán, dejando abierto un conducto por el que circula una mínima

parte del caudal de riego, y que sólo sirve para producir una

descompensación de presión dentro de la válvula. Esta descompensación,

en definitiva, será la que abrirá la válvula de agua con todo el caudal de

riego.

El esfuerzo que hace el solenoide para activar la válvula es mínimo, lo

que redunda en un bajo consumo de electricidad; además, el funcionamiento

del solenoide y de la válvula de agua es totalmente independiente, por lo

tanto el solenoide no se daña al funcionar sin agua y, a su vez, la válvula

puede ser operada también en forma manual.

La apertura de la válvula funciona gracias a dos cámaras de agua

separadas por una membrana de caucho permeable, o sea, que permite el

paso del agua a través de ella. En la cámara superior lleva un resorte que

ayuda al cierre de la válvula. Cuando el solenoide está cerrado (sin

electricidad), la presión de la cámara superior es igual a la presión de la red

de riego, por lo que el resorte hace que la presión total de la cámara superior

sea mayor que la presión de la red, cerrando la válvula al paso del agua. Al

abrirse el solenoide (con electricidad), conecta la cámara superior de la

válvula con la tubería del sector de riego, la que está a una presión más baja

que la cámara inferior de la válvula, por lo que el resorte es vencido

fácilmente, abriéndose la válvula al paso del agua (Programadores de Riego

– Marco Antonio Bello U. & Maria Teresa Pino Q).


58

Figura 53: Esquema de Válvula Selenoide (Corte Transversal)

Fuente: Programadores de Riego – Marco Antonio Bello U. & Maria Teresa Pino

2.2.2.6.3 El Golpe de Ariete (Water Hammer)

Cuando el agua fluye en una tubería y se cierra una válvula, el agua

tiende a seguir en movimiento. Esto trae como consecuencia que, por una

parte, aguas arriba de la válvula se produzca un alza de presión,

superándose muchas veces la presión normal de la red y, por otra parte,

que aguas abajo de la válvula se produzca una baja de presión, que puede

llegar a ser inferior a la presión atmosférica.

Generalmente, el golpe de ariete se limita a provocar algunos ruidos y

vibraciones en la red de tuberías durante el cierre de válvulas. Sin

embargo, en casos extremos puede llegar a reventar las tuberías.

Por norma, las tuberías empleadas en instalaciones de agua potable

deben estar diseñadas para una presión de 100 m.c.a., siendo la presión

estática máxima permitida en la red de 60 m.c.a.. Esto da un margen de

seguridad de 40 m.c.a. para resistir un golpe de ariete aguas arriba de la

válvula.

Por otra parte, la presión atmosférica es de aproximadamente 10

m.c.a. Esto significa que si la baja de presión aguas abajo de la válvula

supera los 10 m.c.a., el agua dentro de la tubería seguirá de largo y

quedará una zona "al vacío" junto a la válvula. Luego el agua se detendrá,


59

se devolverá e impactará a la válvula provocando un alza de presión

(Revista Digital INESEM)

Figura 54: Golpe de Ariete

Fuente: Revista Digital INESEM

¿De qué depende la magnitud de estas variaciones de presión?

La magnitud de este fenómeno depende fundamentalmente de la

velocidad del flujo, el tiempo de cierre de la válvula, el largo del tubo y la

elasticidad del tubo.

Una velocidad de flujo alta en un tubo rígido y largo acentúa el

fenómeno. Sin embargo, cuando se emplean tubos más flexibles (PVC), de

un diámetro adecuado, este fenómeno se tiende a mantener en rangos

aceptables.

Asimismo, un tiempo de cierre corto tiende a acentuar el fenómeno.

Lamentablemente, las electroválvulas suelen tener un tiempo de cierre

bastante breve (típicamente entre medio segundo y un segundo). Sin

embargo, la flexibilidad de los tubos de PVC ayuda a compensar este

fenómeno.

Otras formas de atenuar el fenómeno son la instalación de válvulas de

seguridad que permitan la salida del agua cuando la presión sea excesiva,

los estanques con gas comprimido y las chimeneas de equilibrio (esto es,

un tubo vertical abierto en su parte superior).

Si bien a primera vista parece absurdo pensar en una chimenea de

equilibrio con una presión de varias decenas de metros columna de agua,


60

aguas abajo de la válvula, los mismos rociadores se comportan como si lo

fuera. Por lo mismo, la baja de presión a la salida de la válvula se puede

reducir al reducir la distancia entre la válvula y el primer rociador.

2.2.2.7 Filtro De Malla

Los filtros de malla constan de una carcasa exterior en cuyo interior se

sitúan uno o varios cilindros concéntricos de malla, que son los elementos

filtrantes (Cálculo de Riego Por Goteo – Ingemecánica).

Figura 55: Filtros de Malla

Fuente: Cálculo de Riego Por Goteo – Ingemecanica

El entramado de la malla puede ser de nylon, poliéster, pero

preferentemente se utilizan mallas de acero inoxidable.

Al funcionar este tipo de filtros por retención superficial de las

impurezas, éstas quedan retenidas entre el entramado de la malla, por lo

que los filtros de malla llegan a su colmado mucho más rápidamente, que

hace que sea necesario realizar una limpieza periódica de estos filtros.

Por ello, existen filtros de malla con sistema de lavado manual,

semiautomático o automático. En aquellos filtros que tienen lavado

automático, éste se realiza generalmente con una boquilla que se desplaza

por la malla y que succiona los sedimentos depositados en su superficie.

No se recomienda utilizar este tipo de filtro en aguas muy sucias, o que

contenga algas en suspensión.

Toda malla filtrante queda caracterizada por el número de aperturas por

pulgada lineal, que se denomina número de 𝑚𝑒𝑠ℎ o número de mallas, que

va a definir su capacidad de filtrado.


61

Figura 56: Texturas de Malla

Fuente: Cálculo de Riego Por Goteo – Ingemecánica

Decir también que el grosor de los hilos de una malla, para un mismo

número de 𝑚𝑒𝑠ℎ, puede ser distinto, según sea una malla de plástico o con

los hilos de acero inoxidable.

En este caso, los hilos de una malla de acero inoxidable son más finos

que los de plástico, por lo que el hueco que queda libre en las mallas de

acero son mayores que los orificios de las mallas de plástico.

El área efectiva de una malla (𝐴𝑒) se define como el área neta de su

orificio, y se obtiene multiplicando su área total (𝐴) por el porcentaje de

hueco (%) de la malla, es decir,

𝑨𝒆 = %𝒑𝒐𝒓𝒄𝒆𝒏𝒕𝒂𝒋𝒆 𝒅𝒆 𝒉𝒖𝒆𝒄𝒐 · 𝑨

La pérdida de carga que sufre el flujo de agua al paso por un filtro de

malla se sitúa entre 1 𝑎 3 𝑚. 𝑐. 𝑎. (metros de columna de agua) cuando éstos

están limpios. En todo caso, la pérdida de carga que presenta cualquier filtro

es un dato que debe ser suministrado por el fabricante.

Pero si se colman y no se limpian regularmente, la pérdida de carga

puede llegar hasta los 5 ó 7 𝑚. 𝑐. 𝑎., de ahí la importancia de realizar una

limpieza periódica de la superficie de la malla en estos filtros.

El caudal a tratar por un filtro de malla dependerá de la calidad del agua,

el área neta del elemento filtrante y la perdida de carga admisible.


62

Figura 57: Funcionamiento de un Filtro


Para calcular la superficie filtrante (𝑆) necesaria, es decir, el tamaño y

el número de filtros que se deben instalar, se aplica la siguiente formulación:

𝑆 > 1,2 · 𝑄𝑒/𝑄𝑡

Expresión anterior que proporcionará la superficie mínima filtrante (𝑆)

que sería necesaria instalar, y donde los anteriores parámetros que

aparecen en la expresión son:

𝑄𝑒 es el caudal de agua que entra por el filtro (que es un dato conocido

propio de la instalación), y 𝑄𝑡 es el caudal máximo que es posible atravesar

por el filtro.

Con el tamaño de malla y la calidad de agua que se tenga en la

instalación se utiliza la siguiente tabla, de donde se obtiene la velocidad real

del agua a su paso por la malla.

Tabla 05: Velocidad Real Recomendada en Filtros de Malla, Según Orificio de

Malla y Calidad de Agua

Velocidad Real Recomendada en Filtros de Malla, Según Orificio de Malla y

Calidad de Agua

Tamaño del orificio de

Malla(Micras, µm)

Clase de

Agua

Velocidad Real del agua v(m/s)

300 a 125 Limpia 0.4 – 0.9

300 a 125 Con Algas 0.4 – 0.6

125 a 75 Cualquiera 0.4 – 0.6

Fuente: Cálculo de Riego Por Goteo – Ingemecanica


63

Por último, con el dato obtenido de la tabla anterior para la velocidad

real del agua a su paso por la malla, se emplea la tabla siguiente de donde

se obtiene el caudal máximo (𝑄𝑡) que puede circular por el filtro de mallas

por unidad de área de filtrado:

Tabla 06: Caudal Máximo en Filtros de Malla Según la Velocidad del Agua

Caudal Máximo en Filtros de Malla Según la Velocidad del

Agua

V(m/s) Qt(m3/h) por m2 del área total

0.4 446

0.6 670

0.9 1004


Una vez obtenido los valores de 𝑄𝑡 y 𝑄𝑒 de la expresión anterior se

obtiene la dimensión total del área filtrante (𝑆).

En general, para un filtro de malla fina (50 − 200 𝑚𝑒𝑠ℎ) se recomienda

una velocidad de filtración (velocidad de paso del agua a través del orificio

de malla) de 0,4 𝑎 0,9 𝑚/𝑠𝑒𝑔 . En aguas superficiales, generalmente muy

cargadas de algas, no conviene sobrepasar la velocidad de 0,6 𝑚/𝑠𝑒𝑔.

2.2.2.8 Bombas

La bomba de riego se encarga de suministrar el caudal necesario a la

instalación de riego a la presión requerida por los emisores para su correcto

funcionamiento, son elementos mecánicos que impulsan a través de tuberías a

fluidos de cualquier tipo (Riego en Cultivos: Fundamentos y Manejo – Ruben

Moratiel Yugueros).

Figura N° 58: Bombas de riego.


64

Fuente: http://www.novedades-agricolas.com

2.2.2.8.1 Tipos de Bombas de Riego

El tipo de bombas que se utilizan en las instalaciones de riego se clasifican

en función de la fuente de energía que requieren (así encontramos las

siguientes (http://www.novedades-agricolas.com):

Electrobombas: Son bombas de circulación de fluidos comandadas por la

energía eléctrica.

Figura N° 59: Electrobomba.

Fuente: https://www.navarra.es

Motobombas: Emplean combustibles líquidos para su funcionamiento, ya

que emplean motores de combustión. El combustible requerido suele ser

gasolina en cado de motobombas de pequeño caballaje o gasoil para las

de mayor potencia.

Figura N° 60: Motobomba.


65

Fuente: https://www.navarra.es

El uso de uno u otro tipo dependerá del acceso que tenga la finca al

suministro de corriente eléctrica, ya que preferiblemente se instalan

electrobombas en los cabezales de riego por su economía.

Se clasifican también en función de la altura de aspiración que tienen. La

altura de aspiración es la cota a la que se instala la bomba por encima de la

boca de la tubería aspiración de agua. Así se distinguen:

Bombas sumergibles: se utilizan cuando en los embalses de riego para

eliminar los problemas de aspiración cuando la altura de aspiración es

elevada. Se instalan bien en la superficie del embalse mediante el uso de

flotadores o en una cámara de aspiración anexa que se llena por el

principio de los vasos comunicantes.

Figura N° 61: Bombas Sumergibles.

Fuente: http://kz.bizorg.su

Bombas no sumergibles: se colocan en la superficie del terreno y se

utilizan cuando la altura de aspiración es baja o directamente no hay


66

porque la bomba se instala a una altura menor a la boca de la tubería de

aspiración.

Estas bombas a su vez se clasifican por la posición del eje de

accionamiento, distinguiendo:

Bombas horizontales: se emplean para suministrar elevados caudales y

bajas presiones; son las bombas más usuales que se instalan en los

cabezales de riego. Se sitúan por encima del nivel de la superficie del agua,

debiéndose mantener constantemente llena la tubería de aspiración. La

operación de llenado de la tubería de aspiración hasta el eje de la bomba

se denomina cebado. Para evitar que la tubería se vacíe durante el

funcionamiento e incluso después de la parada de las bombas, se coloca

en la parte final de dicha tubería una válvula de pie (Riego por Aspersión –

Junta de Andalucia).

Figura N° 62: Bomba Horizontal

Fuente: http://operadorpetrolero.blogspot.pe

Bombas verticales: suministran elevadas presiones; Se utilizan

generalmente para bombear agua de pozos que normalmente son

estrechos y profundos, por lo que tienen una forma estrecha y alargada de

manera que puedan trabajar en perforaciones de diámetros reducidos.

Debido a su forma, es necesario colocar rodetes de pequeño tamaño, lo

que en ocasiones obliga a disponer varios acoplados en serie para

conseguir la altura manométrica total deseada (Riego por Aspersión –

Junta de Andalucia).


67

Figura N° 63: Bomba Vertical

Fuente: Catalogo – Emnicabombas

¿Cómo se escoge una bomba?

En principio existe bastante flexibilidad para escoger una bomba, ya

que existen muchas bombas que cumplirán con el requisito de entregar

agua a una presión adecuada a los rociadores.

Si escogemos una bomba pequeña, necesitaremos una instalación

con muchos circuitos. Si escogemos una bomba de gran capacidad,

necesitaremos un número menor de circuitos. En la práctica deberemos

escoger una combinación que resulte razonable desde un punto de vista

económico y práctico.

Algunos factores que limitan la capacidad de la bomba son la

capacidad de la instalación eléctrica y el consumo del circuito más grande

que podamos razonablemente concebir. Notemos que no tiene mucho

sentido regar un jardín completo en un sólo circuito, ya que perderíamos la

capacidad para regular los tiempos de riego.

Por otra parte, no conviene tener demasiados circuitos, ya que se

encarece el sistema de control y aumenta el tiempo necesario para regar.

En la práctica hay que diseñar un sistema con número razonable de

circuitos, ojalá con un consumo similar y que resulte económicamente

conveniente.

La presión de agua ¿es la que entrega la bomba según sus

especificaciones?


68

Hay que ser cuidadosos, ya que lo que hace la bomba es agregar

presión a la presión disponible.

Si tenemos una bomba periférica sacando agua de una cisterna a 3m

de profundidad, tendremos una presión negativa de poco más de 3m (el

desnivel más la pérdida en el tubo, válvula de pie, etc.) a la entrada de la

bomba. Esta presión deberá ser restada a la presión aportada por la

bomba.

Por otra parte, tal como ocurre en un arranque de agua potable normal,

en una bomba la presión depende del caudal. La relación entre aporte de

presión y caudal suele aparecer en un gráfico en las especificaciones de

la bomba.

Si este gráfico no estuviese disponible, se puede deducir a partir de la

información de placa. Aquí, la presión máxima corresponde a la presión

cuando no hay flujo y el caudal máximo corresponde al caudal cuando no

hay aporte de presión. Con estos dos datos y la tabla con que calculamos

los arranques es posible conocer el comportamiento de la bomba a

distintos niveles de consumo.

¿Podemos usar una bomba para elevar la presión de la red de agua

potable?

Sólo si utilizamos un estanque de acumulación.

Si conectáramos la bomba directamente a la red, existe el riesgo de

que se produzcan presiones negativas en ésta y, si hubiese alguna

filtración, se podría infiltrar barro, contaminando el agua potable. Por lo

mismo, está prohibido realizar este tipo de conexiones.


69

2.2.2.8 Diagrama P&D

CAPITULO III: METODOLOGÍA PROPUESTA

70

METODOLOGÍA PROPUESTA

CAPITULO III


71

3.1 Información de áreas

3.1.1 Identificación de tipos de plantas en las áreas verdes

Primero tenemos que ver todo tipos de plantas que están en la escuela y

en la facultad de Ingeniería Electrónica, así podremos buscar información

de cada una de ellas y ver cuánto necesita de agua, para poder temporizar

el riego.

3.1.2 Medición de áreas y perímetros de las zonas de riego

Acá mediremos cada una de las áreas que están alrededor de la facultad

de Ingeniería Electrónica. Debemos contar con un lápiz, papel y wincha

para la medición correcta.

Área = Base * Altura [m²]

Perímetro = 2*(Largo) + 2*(Ancho) [m]

3.2 Fórmulas para el diseño

3.2.1 Longitud y diámetro de tuberías

La elección del diámetro de las tuberías se hace en función del caudal de

agua requerido.

Tubo de ¾ de pulgadas x 5 m, a menor diámetro para que tenga mayor

presión.

3.2.2 Dimensiones del pozo

La dimensión del pozo esta dado:

Volumen = Largo * Ancho * Base [m³]

3.2.3 Caudal de aspersores y difusores

Para zonas más estrechas conviene colocar difusores debido a su menor

radio de alcance (entre 3-5 m y caudales entre 0,3-0,9 m3/h).


72

Figura 64: Caudal de Aspersores según el Ángulo

Fuente: Catalogo Hunter

3.3 Cálculo de las pérdidas de tuberías

Tabla 07: Cálculo de Perdidas en Tubería

TUBERÍA K(Perdida) Formula

Codo 90° 0.75 0.75 * distancia del

tubo(m)

T 1.8 1.8 * distancia del

tubo(m)

Largo (10mts – 0.35 mm) 0.35mm * distancia

Fuente: Mecánica de Fluidos – Universidad de Oviedo

3.4 Selección de la bomba

El modo de proceder, en el caso de las bombas centrífugas, para el empleo de

estas curvas es el siguiente: Conocer el fluido a bombear, la temperatura de


73

bombeo y las propiedades físicas del fluido (densidad y viscosidad) a dicha

temperatura.

Establecer el caudal volumétrico a desarrollar (m3/h).

Conocer la carga de la bomba, para lo que hay que determinar

previamente las alturas totales de impulsión y aspiración.

Con la carga y el caudal que se precisan se ha de acudir a la curva QH y,

fijando estas dos magnitudes, determinar el diámetro del rodete, que en

caso de no resultar un valor exacto nos llevaría a escoger el valor mayor

más cercano.

Con el diámetro de rodete determinado y el caudal, en la curva de potencia

se determina el consumo de la bomba. El valor leído en la curva ha de

incrementarse en un 15% como margen de seguridad.

Finalmente, y en la curva de NPSHr se determina dicho valor, para el

caudal desarrollado.

3.5 Selección de los equipos e instrumentos

3.5.1 PLC

Utilizaremos un PLC de la marca Schneider Electric de la gama M340 que

estará formado por un CPU BMX P34 2020, un módulo de comunicación

Ethernet BMX NOE0110, un módulo de entradas digitales y salidas a relé

BMX DDM 16025 y una fuente de alimentación de 24 VDC.

Los procesadores de plataforma automatizados M340 de Modicon

gestionan toda la estación PLC, que está formada por módulos de

E/S binarias, módulos de E/S analógicas y módulos de conteo,

otros módulos expertos y módulos de comunicación. Éstos se

distribuyen por uno o más bastidores conectados al bus local.

Cada bastidor debe incluir un módulo de alimentación; el bastidor

principal aloja la CPU.

CPU BMX P34 2020

Pantalla de indicadores LED

Puerto USB

Puerto Ethernet

Ranura de la tarjeta de memoria

Se utiliza para lo siguiente:

o Almacenar archivos, como páginas Web y

archivos de registro


74

o Realizar copias de seguridad de código

o Realizar copias de seguridad de aplicaciones

El módulo BMX DDM 16025 es un módulo binario de 24 VCC

conectado a través de un bloque de terminales de 20 pines. Es un

módulo de lógica positiva: los 8 canales de entrada reciben

corriente de los sensores (común positivo). Las 8 salidas de relé

aisladas funcionan con corriente continua (24 VCC) o con

corriente alterna (de 24 a 240 VCA).

Fuente de alimentación BMX CPS 3500:

Los módulos de alimentación están diseñados para alimentar cada

rack y sus módulos. El módulo de alimentación se selecciona de

acuerdo a la distribución de red (continua o alterna) y la potencia

requerida.

El módulo de alimentación BMX CPS 3500 tiene las siguientes

funciones auxiliares:

- Panel de visualización: El LED OK estará encendido si hay

presencia de voltaje mientras que el LED 24V estará encendido

si el voltaje de los sensores es correcto.

- Botón de reset: Al presionarlo simula un corte de alimentación y

provoca un arranque en frío de la aplicación.

- Un relé de alarma.

- Un suministro de 24 VDC.

Tabla 08: Características BMX CPS 3500

Parámetro BMX CPS 3500

Potencia Máxima 36 Watts

Voltaje de Operación 115 a 230 VAC

Corriente de Operación 1,04 A / 115 VAC

0,52 A / 230 VAC

Acepta Microcortes <=10ms

Protección Si, Contra sobrecargas

cortocircuitos y

sobretensiones

Fuente: catalogo Schneider


75

3.5.2 Variador de velocidad

El variador de frecuencia es la solución eficaz para mejorar la eficiencia

energética, reducir el consumo de energía y las emisiones de dióxido de

carbono.

Se utilizará un variador Altivar 32 de Schneider Electric el cual se

comunicará con el PLC Modicon M340 a través de una red Modbus TCP.

El PLC podrá leer y escribir sobre los registros de control del variador para

poder controlar la frecuencia de trabajo de los motores.

3.5.3 Electroválvula Solenoide

Las electroválvulas son dispositivos para controlar el flujo (ON - OFF) de

un fluido. Estas electroválvulas las vamos a utilizar en el proyecto de riego

tecnificado para poder controlar cada aérea.

3.5.4 Llave de paso

La llave de paso es un dispositivo confeccionado en polímeros y cerámica.

La función que cumplirá en el proyecto de riego tecnificado es de dar el

paso al agua desde el pozo a las electroválvulas, de igual forma que cortar

el flujo de agua por la tubería.

3.5.5 Software de Control

Unity pro

Unity es el entorno software/ hardware de Schneider Electric para la

gestión de sus plataformas de automatización. El mismo entorno sirve para

las diferentes gamas de PLC de la marca: Quamtum, Premium, Modicon

340 y Atrium.Dentro de Unity, la herramienta gráfica UnityPro es la que

utiliza para el desarrollo, explotación y mantenimiento de aplicaciones para

los PLCs. Esto es, UnityPro es una herramienta “todo en uno” que permite

configurar, programar, simular, depurar y monitorizar un PLC. Además, es

posible hacer todo ello de una forma bastante independiente del hardware

del PLC, después de haber realizado una configuración inicial.

CAPÍTULO IV: DISEÑO DEL SISTEMA

76

DISEÑO DEL SISTEMA

CAPÍTULO IV


77

4.1. IDENTIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE PLANTAS

4.1.1. CÉSPED:

Figura 65: Césped

Fuente: Los Autores

El césped requiere muchos cuidados y un buen mantenimiento para que esté perfecto.

Se debe regar frecuentemente y, para que el agua penetre más fácilmente, se airea

previamente el suelo con un escarificador. Es recomendable airear el terreno con un

escarificador en las zonas que se encharcan, ya que el césped se decolora y pierde vigor

más rápidamente, también en las zonas habituales de paso. Si se vive en una zona con un

clima caluroso o muy caluroso, conviene que regar el césped diariamente durante unos 30

minutos como máximo que puedes repartir entre la primera hora de la mañana y la última

de la tarde. En zonas húmedas y con temperaturas moderadas, no será necesaria tanta

cantidad de riego, bastará con 6-7 minutos al día en caso de que no suela llover.


78

4.1.2. PALMERA DE COCO:

Figura 66: Palmera de Coco

Fuente: Los Autores

Es difícil proporcionarle al cocotero condiciones favorables de crecimiento en interior, es

decir, una habitación cálida y un ambiente húmedo. (http://www.infojardin.com/)

Luz: Requiere abundante luz. Ubicar en el lugar más iluminado de la casa o a pleno

sol.

Temperaturas: No tolera el frío, ni siquiera heladas débiles. Mínimo 10ºC, una

media anual de unos 27ºC.

Humedad: Humedad alta, rociar el follaje, pero no mojar el coco, se pudre.

Suelo: El cocotero crece bien sobre terrenos arenosos y salinos. Tolera bien el sol

y la sal.

Riego: 1 o 2 veces por semana en verano y una sola vez a la semana en invierno.


79

4.1.3. FICUS BENJAMINA:

Figura 67: Ficus Benjamina

Fuente: Los Autores

Es una planta cultivadísima en los hogares. Parte de ese éxito se debe a que tolera las

altas temperaturas, bajos niveles de luz y de humedad. (http://www.infojardin.com/)

Luz: Requiere abundante luz.

Temperaturas: En invierno, lo ideal es que no baje de 13º C y en verano una

máxima de 24º C.

Humedad: No es exigente en humedad ambiental, pero agradece un fino rociado

diario, excepto cuando la temperatura baje de 15º C.

Riego: No más de 02 veces por semana en verano, y una vez cada 08 ó 10 días

en invierno.


80

4.1.4. GUABA:

Figura 68: Guaba

Fuente: Los Autores

Fruta en forma de vaina, tiene una pulpa blanca de sabor dulce y agradable, tiene poderes

cicatrizantes y antirreumáticos. (http://www.infojardin.com/)

Temperaturas: Biotemperatura media anual máxima de 25,1ºC y biotemperatura

media anual mínima de 17,2ºC.

Suelo: La planta se adapta a todos los tipos de suelos existentes, desde los más

fértiles, hasta los más ácidos e infértiles, e inclusive los arenosos.

Se desarrolló bien en terrenos no inundables. Tolera hidromorfismo y periodo seco

prolongados.

4.1.5. IRESINE:

Figura 69: Iresine

Fuente: Los Autores


81

Son plantas perennes, herbáceas o arbustivas, se cultivan por su follaje de colores verde-

amarillo-rosa-rojo. Produce pequeñas flores blancas poco decorativas que aparecen en

racimos por encima de la planta, aunque no suelen aparecer si están en el interior. Los

tallos son erguidos de tonos rojos, las hojas son aovadas y de color rojo burdeos con los

nervios bien marcados. (http://www.infojardin.com/)

Luz: Mucha luz sin sol directo.

Temperaturas: Las temperaturas no deben bajar de los 10 ° C y no tienen grandes

problemas con las máximas.

Suelo: Bien drenado y suelto.

Riego: Necesita humedad ambiental, por eso es bueno pulverizar las hojas con

frecuencia en las épocas más calurosas. Los riegos en época calurosa deben ser

abundantes, pero sin encharcar.

4.1.6. CUCARDA:

Figura 70: Cucarda

Fuente: Los Autores

La Cucarda o hibisco es un arbusto muy usado en la jardinería por la belleza de sus flores.

También se le conoce bajo los nombres de Rosa de China y Flor del beso. Pertenece a la

familia de las Malvaceae. El Hibisco es nativo de Asia oriental. (http://www.infojardin.com/)

Luz: El Hibisco puede cultivarse en semi-sombra, siempre que se garantice una

buena iluminación. Si el sol del mediodía no es muy fuerte, también puede cultivarse

a pleno sol.

Temperaturas: El Hibisco no tolera las temperaturas muy bajas, tampoco las

heladas. La Cucarda puede soportar hasta los 6 ºC, pero se recomienda mantenerla

a una temperatura no menor a los 15 ºC.


82

Riego: Los hibiscos deben regarse con regularidad durante el verano, aplicando 03

riegos por semana. Disminuya el riego durante el invierno a 01 vez por semana.

Verifique que el sustrato se encuentre seco antes de proceder con el siguiente

riego. Si la temperatura es muy alta y la humedad baja, conviene rociar agua sobre

sus hojas evitando mojar las flores.

4.1.7. PONCIANA:

Figura 71: Ponciana

Fuente: Los Autores

También conocido como Flamboyant, La Ponciana real es científicamente conocido

como Delonix regia. Viene de la familia Fabaceae y es una especie de planta de flores.

Se destaca por sus helechos como las hojas y la razón por la que también se conoce

como Flamboyant se debe a la exhibición orgullosa de sus flores.

(http://www.infojardin.com/)

Luz: Ubicar en el lugar más iluminado de la casa o a pleno sol.

Temperaturas: Los flamboyanes requieren clima tropical o parecido al tropical para

sobrevivir, aunque pueden tolerar la sequía y salinidad. Es muy delicado en cuanto

a temperaturas mínimas.

Suelo: Requiere un suelo que sea bien drenado, húmedo y ácido.

Riego: Regar de forma regular y abundante durante la temporada de crecimiento,

pero reduce drásticamente la cantidad de agua cuando el árbol esté durmiente en

invierno.


83

4.1.8. CIPRÉS:

Figura 72: Ciprés

Fuente: Los Autores

Los cipreses son árboles de hoja perenne que tienen hojas planas arborescentes con

puntas afiladas. En el otoño e invierno producen pequeñas bayas de color gris plateado.

Aunque tradicionalmente se cultivan al aire libre, muchos árboles de ciprés se cultivan

como plantas de interior, ya sea dentro o en los porches y terrazas.

(http://www.infojardin.com/)

Luz: Colocar el ciprés en un lugar donde reciba luz solar directa durante cuatro a

seis horas por día.

Temperaturas: Exposición soleada aunque puede plantarse a semi-sombra. Es

muy resistente al calor.

Suelo: Prefiere suelos pobres.

Riego: Riega tus árboles de ciprés recién plantados de agua dos veces por

semana. Después de dos a tres meses, las raíces estarán ya establecidas y podrás

reducir el riego a una vez por semana.


84

4.1.9. OREJA DE ELEFANTE:

Figura 73: Oreja de Elefante

Fuente: Los Autores

La Oreja de Elefante, también conocida como Alocasia, es una planta que puede llegar

a alcanzar los 05 metros de altura. Por su adaptabilidad es cultivada tanto en interiores

como en exteriores. (http://www.infojardin.com/)

Luz: Para poder desarrollarse bien, esta planta necesita recibir la luz del sol difusa,

por ello, debe estar a la sombra.

Temperaturas: En cuanto a climas, prefiere las temperaturas más cálidas, aunque

si el invierno es crudo, pierde las hojas que luego recupera en primavera.

Riego: Necesita de riego frecuente, pero dejando secar ligeramente la superficie

entre riego y riego para que no se pudra el rizoma. En verano, debe ser abundante

el riego, en tanto que, en invierno, debe ser más escaso.

4.1.10. ALMENDRO:

Figura 74: Almendro

Fuente: Los Autores


85

Árbol de hojas caducas, poco frondoso y no muy vigoroso. Posee hojas del tipo

lanceoladas, estrechas, puntiagudas y con el limbo dentado, distribuidas de forma

alterna. El sistema radical es poco ramificado y de fuerte anclaje.

Sus flores son hermafroditas y generalmente auto incompatibles por lo que requiere de

polinización cruzada. (http://www.infojardin.com/)

Luz: Las condiciones lumínicas han de ser totales, así que lo mejor es disponerlo

en campo abierto, lejos de cualquier obstáculo que pueda causarle sombra (una

casa, árboles más altos, etc.).

Temperaturas: El almendro es una especie muy rústica, por lo que sobrevive en

condiciones muy complicadas, aunque disminuye su rentabilidad.

Suelo: Los mejores suelos son aquellos sueltos, ligeros y arenosos.

Riego: El periodo de mayores requerimientos hídricos en el almendro es el

comprendido entre el inicio del engorde rápido de la almendra y las fechas en las

que esta alcanza su longitud definitiva; las necesidades disminuyen en los periodos

anterior y posterior al señalado, pero no por ello se debe suprimir el riego en su

totalidad.


86

4.2. ÁREAS Y PERÍMETROS DE LAS ZONAS DE RIEGO:

Figura 75: Áreas Verdes a Regar.

Fuente: Plano de UNPRG- Lambayeque


87

4.3 LONGITUD Y DIÁMETRO DE LA TUBERÍA:

Con ayuda del programa AutoCAD se determinó fácilmente la longitud total: 852.2289 𝑚

El diámetro:

Tubo de ¾ de pulgadas x 5 m

En adelante la línea puedes disminuir el diámetro de la línea principal a ¾” ya que cerca

del final solo estará suministrando agua a 2 o 3 aspersores.

Tubo de ½ de pulgada x 3 m

Usaremos el tubo de ½ pulgada para 2 o más aspersores para obtener mejor presión.

4.4 CÁLCULO DEL VOLUMEN DEL POZO:

Como recomendación, se ha modificado la profundidad del pozo, de 1.5 m a 4 m.

Volumen: 1.5m x 1.5m x 4m = 9 m³

4.5 CÁLCULO DEL CÁUDAL DE ASPERSORES Y DIFUSORES:

ÁREA 1:

DIFUSOR PS ULTRA – 360º (ROJO)

Radio : 2.8 m

Caudal : 0.39 m³/h x 2 = 0.78 m³/h

Presión : 1.5 bar

ÁREA 2:


Radio : 2.8 m

Caudal : 0.39 m³/h x 2 = 0.78 m³/h

Presión : 1.5 bar

ÁREA 3:


Radio : 2.8 m

Caudal : 0.39 m³/h x 1 = 0.39 m³/h

Presión : 1.5 bar

ÁREA 5:

PGP ULTRA I20 - 90º (VERDE)

Radio : 9.1 m

Caudal : 0.86 m³/h x 2 = 1.62 m³/h

Presión : 1.7 bar


88

ÁREA 6:

PGP ULTRA I20 - 360º (NEGRO)

Radio : 5.2 m

Caudal : 0.41 m³/h x 1 = 1.23 m³/h

Presión : 3.0 bar

ÁREA 7:


Radio : 5.2 m

Caudal : 0.41 m³/h x 1 = 1.23 m³/h

Presión : 3.0 bar

ÁREA 8:


Radio : 5.2 m

Caudal : 0.41 m³/h x 1 = 1.23 m³/h

Presión : 3.0 bar

ÁREA 9:


Radio : 2.8 m

Caudal : 0.19 m³/h x 2 = 0.38 m³/h

Presión : 1.5 bar

ÁREA 10:

SRM ASPERSOR – 360º (VERDE)

Radio : 4.6 m

Caudal : 0.12 m³/h x 1 = 0.36 m³/h

Presión : 3.0 bar

ÁREA 11:


Radio : 4.6 m

Caudal : 0.12 m³/h x 1 = 0.36 m³/h

Presión : 3.0 bar

ÁREA 12:


Radio : 4.6 m

Caudal : 0.12 m³/h x 1= 0.36 m³/h

Presión : 3.0 bar


89

ÁREA 13:


Radio : 3.0 m

Caudal : 0.45 m³/h x 2 = 0.90 m³/h

Presión : 3.0 bar

ÁREA 14:

DIFUSOR PS ULTRA 180° (VERDE)

Radio : 3.2 m

Caudal : 0.17 m³/h x 1 = 0.51 m³/h

Presión : 1.0 bar

ÁREA 15:


Radio : 3.2 m

Caudal : 0.17 m³/h x 1 = 0.51 m³/h

Presión : 1.0 bar

ÁREA 16:


Radio : 3.2 m

Caudal : 0.17 m³/h x 1 = 0.51 m³/h

Presión : 1.0 bar

4.6 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE TUBERÍA

ÁREA 1: 1 codo 90° = 0.9 * 12m = 10.8m = 1.08bar

1 codo 90° = 0.9 * 2m = 1.8m = 0.18 bar

1 codo 90° = 0.9 * 10.7m = 9.36 = 0.936 bar

1 T = 1.8 * 2.4m = 4.32m = 0.432 bar

TOTAL= 2.04 bar

ÁREA 2: 1 codo 90° = 0.9 * 12m = 10.8m = 1.08bar

1 codo 90° = 0.9 * 2m = 1.8m = 0.18 bar

1 codo 90° = 0.9 * 6.55m = 5.89 = 0.589 bar

1 T = 1.8 * 2.4m = 4.32m = 0.432 bar

TOTAL= 1.96 bar

ÁREA 3: 1 codo 90° = 0.9 * 12m = 10.8m = 1.08bar

1 codo 90° = 0.9 * 2m = 1.8m = 0.18 bar

1 T = 1.8 * 2.4m = 4.32m = 0.432 bar

TOTAL= 1.592 bar


90

ÁREA 4: 1 codo 90° = 0.9 * 12m = 10.8m = 1.08bar

1 codo 90° = 0.9 * 2m = 1.8m = 0.18 bar

1 codo 90° = 0.9 * 10.7m = 9.36 = 0.936 bar

1 T = 1.8 * 2.4m = 4.32m = 0.432 bar

TOTAL= 2.04

ÁREA 5: 1 codo 90° = 0.9 * 8.10 = 7.29m = 0.729bar

1 T = 1.8 * 3.2m = 5.76m = 0.576 bar

TOTAL= 1.305

ÁREA 6: 1 codo 90° = 0.9 * 3m = 2.7m = 0.27 bar

1 T = 1.8 * 10.72m = 19.29m = 1.92 bar

TOTAL= 1.88

ÁREA 7: 1 codo 90° = 0.9 * 3m = 2.7m = 0.27bar

1 T = 1.8 * 14.2m = 25.3m = 2.1 bar

TOTAL= 1.95

ÁREA 8: 1 codo 90° = 0.9 * 3m = 2.7m = 0.27bar

1 T = 1.8 * 18m = 32.4m = 3.2 bar

TOTAL= 2.00

ÁREA 9: 1 codo 90° = 0.9 * 3m = 2.7m = 0.27bar

1 codo 90° = 0.9 * 21m = 18.9m = 1.89 bar

1 T = 1.8 * 2.4m = 4.32m = 0.432 bar

1 T = 1.8 * 0.50m = 0.9m = 0.09 bar

TOTAL= 1.79

ÁREA 10:1 codo 90° = 0.9 * 12m = 10.8m = 1.08bar

1 codo 90° = 0.9 * 2m = 1.8m = 0.18 bar

1 codo 90° = 0.9 * 10.7m = 9.36 = 0.936 bar

1 T = 1.8 * 2.4m = 4.32m = 0.432 bar

TOTAL= 1.15

ÁREA 11: 1 codo 90° = 0.9 * 12m = 10.8m = 1.08bar

1 codo 90° = 0.9 * 2m = 1.8m = 0.18 bar

1 codo 90° = 0.9 * 10.7m = 9.36 = 0.936 bar

1 T = 1.8 * 2.4m = 4.32m = 0.432 bar

TOTAL= 1.2

ÁREA 12: 1 codo 90° = 0.9 * 12m = 10.8m = 1.08bar

1 codo 90° = 0.9 * 2m = 1.8m = 0.18 bar

1 codo 90° = 0.9 * 10.7m = 9.36 = 0.936 bar

1 T = 1.8 * 2.4m = 4.32m = 0.432 bar

TOTAL= 1.26


91

ÁREA 13: 1 T = 1.8 * 3.7m = 6.8m = 0.68 bar

1 T = 1.8 * 1.5m = 2.7m = 0.27 bar

TOTAL= 0.88

ÁREA 14: 1 codo 90° = 0.9 * 11.5m = 10.35m = 1.03bar

1 codo 90° = 0.9 * 9.1m = 8.19m = 0.819 bar

TOTAL= 1.8

ÁREA 15: 1 codo 90° = 0.9 * 11.5m = 10.35m = 1.03bar

1 T = 1.8 * 7.1m = 12.78m = 1.27 bar

TOTAL= 2.2

ÁREA 16: 1 codo 90° = 0.9 * 12m = 10.8m = 1.08bar

1 T = 1.8 * 3.45m = 6.21m = 0.621 bar

TOTAL= 1.62

Tabla 09: Pérdidas de Presión.

Fuente: Los Autores.

4.7 CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA A USAR:

Sumando la presión de cada aspersor y/o difusores, de cada área, y eligiendo a su vez la

máxima de ellas, se pudo determinar una presión de 03 bares, sumándose a esto la pérdida

ÁREA N° de

Aspersores PRESIÓN

ASPERSOR(BAR) PÉRDIDAS DE

CODOS Y T PRESIÓN LARGO DE

TUBERÍA (10mts) TOTAL(BAR)

1 2 3 2.04 0.96495 6.00

2 2 3 1.96 0.59745 5.56

3 1 1.5 0.968 0.36925 2.84

4 40 (boquillas) - 1.21 2.9155 4.13

5 2 3.4 1.305 0.42525 5.13

6 1 3 1.88 0.539 5.42

7 1 3 1.95 0.721 5.67

8 1 3 2 0.903 5.90

9 2 3 1.79 1.20995 6.00

10 1 3 1.15 1.4455 5.60

11 1 3 1.2 1.5778 5.78

12 1 3 1.26 1.7353 6.00

13 2 4.2 0.888 0.224 5.31

14 1 2.5 1.8 0.5852 4.89

15 1 2.5 2.27 0.7077 5.48

16 1 2.5 1.62 0.8302 4.95


92

de presión de un 20% originado por filtro, codos, tubería, etc., se obtiene finalmente una

presión de 06 Bar.

4.8 UBICACIÓN DE ASPERSORES:

Decida en qué lugar instalará los aspersores y difusores. Los aspersores, en general, se

colocan a una distancia entre 5 y 12 metros. Los aspersores de mediano alcance deberán

colocarse a una distancia entre 5 y 8 metros. Los difusores deberán colocarse a una

distancia entre 3 y 5 metros. (Este espaciamiento permitirá el solape de riego y asegurará

la distribución uniforme de agua.) No combine diferentes tipos de aspersores dentro de una

misma área. No coloque los aspersores demasiado separados; manténgase dentro de las

especificaciones mencionadas en las tablas de Rendimiento de Aspersores de la

contraportada.

El espaciamiento se determina de acuerdo al tamaño del área a la que está sirviendo el

aspersor. Además, deberá espaciarse para que moje tanto al aspersor de al lado como al

de enfrente. Comience la colocación de los aspersores trabajando en un área a la vez:

(Manual de Diseño de un Sistema de Riego – HUNTER)

Paso 1: Los puntos críticos en un plano son las esquinas.

Dibuje en cada esquina un aspersor con un patrón de rociado de un cuarto de

círculo. Utilizando un compás, dibuje un arco indicando la configuración de riego

del aspersor.

Paso 2: Si los aspersores de un cuarto no se rocían entre sí (espaciamiento de

aspersor a aspersor), coloque los aspersores a lo largo de los perímetros. Dibuje

los patrones de riego de estos aspersores.

Paso 3: Ahora, fíjese si los aspersores del perímetro rociarán a través del área a

los aspersores del otro lado. Si no lo hacen, añada aspersores de círculo completo

en el medio. Un modo sencillo de ubicar estos aspersores es dibujando líneas

rectas perpendiculares desde un aspersor del perímetro al otro.

Nuevamente, utilizando el compás, dibuje un arco indicando la configuración de

riego del aspersor para asegurarse de que haya cobertura completa.


93

Figura 76: Distribución de Aspersores.

Fuente: (Manual de Diseño de un Sistema de Riego – HUNTER)


94

Por tal quedará de la siguiente manera:

Figura 77: Ubicación de Aspersores.

Fuente: Plano de UNPRG- Lambayeque


95

4.9 ZANJAS:

Antes de realizar las zanjas se debe marcar sobre el terreno con la ayuda de un spray de

un color llamativo las líneas por donde deben ir y también la ubicación de cada aspersor y

caja de registro.

Figura 78: Instalación de Tubos en Zanjas.

Fuente: http://tuboshdpe.blogspot.pe/

La profundidad de las zanjas debe ser superior a 20 cm. Cuanto más profundas sean, más

protegida estará la red de las heladas (si el agua del interior de las tuberías se congela

aumentará de volumen causando roturas y que los empalmes cedan). La profundidad

óptima es de 33 cm.

Retirar todas las piedras con forma cortante. Si hubiese muchas, puedes situar una cama

de arena.

Una vez hechas las zanjas comenzamos a colocar las tuberías, es importante disponer de

algún ladrillo para colocar encima de la misma ya que suelen conservar la forma enrollada.

Para colocar los tubos en el interior de la zanja, desenrollamos el rollo haciéndolo rodar en

el suelo. De esta forma se deshacen las vueltas.

Es importante marcar las tuberías para no perdernos a la hora de conectar los aspersores.

(Sistema de Riego –Sistema de agua Pluvial /Álvaro Vargas Rodríguez –UAP)

4.10 UBICACIÓN DE TUBERÍA:

Una vez situados en el mapa los aspersores, se debe trazar la red de tuberías, teniendo

en cuenta las siguientes reglas:

La suma de los caudales de todos los elementos de cada red deberá ser inferior a la de la

llegada del agua. Por ejemplo, si se dispone de 10 difusores que consumen cada uno 0,34

m3/h, es decir 3,4 m3/h en total y la bomba tiene un caudal máximo de 2,5 m3/h, entonces

en este caso habrá que dividir la red en dos subredes y en cada una de ellas 05 difusores.


96

Para conocer los caudales de cada tipo de turbina y difusor, en función de su apertura y

alcance, se debe consultar la documentación del fabricante en internet.

Cada red independiente de riego debe contener solamente un tipo de aspersor (turbina o

difusor) pues los tiempos de riego no son los mismos. Se deberá evitar entonces, el

diseminar turbinas y difusores por todas partes, para ahorrar tubería y empates.

Cuanto más largo sean un tramo de riego mayor será la caída de presión en el mismo. Hay

que estimar una caída de presión del orden de 0,25 bares por cada 10 metros de tubería

de 25mm y de 0,15 bares por cada 10 metros si es de 32mm.

Es importante no olvidar la ubicación de las bocas de riego para mangueras. Situadas en

su propia red de tuberías para evitar el colocarlas detrás de una electroválvula.

Intentar pasar al máximo posible las tuberías por las mismas zanjas.

Si se conecta la instalación de riego a la red de agua de nuestra casa, se debe tener

cuidado de realizar la conexión hacia el riego delante del eventual reductor de presión que

el constructor pudo instalar a la cabeza de la instalación de fontanería. El reductor de

presión solamente se instala en zonas donde la presión del agua es muy fuerte.

(Sistema de Riego –Sistema de agua Pluvial /Álvaro Vargas Rodríguez –UAP)

Figura 79: Conexión de Tuberías

Fuente: http://manner.biz/


97

Por tal quedará de la siguiente manera:

Figura 80: Instalación de Tuberías

Fuente: Los Autores


98

4.11 EJEMPLOS DE CONEXIÓN DE ELECTROVÁLVULAS:

Figura 81: Conexión de Electroválvulas (1).

Fuente: http://mercadillo.portalbonsai.com/categoria.asp?idcat=15535

Figura 82: Conexión de Electroválvulas (2).

Fuente: http://www.misjardineros.es


99

4.12 DISEÑO DEL CIRCUITO AUTOMATIZADO:

Determinación de Variables Discretas de Entrada y Salida del Sistema

VARIABLES DISCRETAS DE ENTRADA

Tabla 10: Variables Discretas de Entrada

Nº NOMBRE SÍMBOLO DIRECCIÓN

1 SWITCH 3 POSICIONES (AUTO-0FF-MANUAL)

AUTO %I0.2.0

2 OFF

3 MANUAL %I0.2.1

4 PARADA DE EMERGENCIA EMERGENCIA %I0.2.2

5 INICIO MODO AUTOMÁTICO ON_AUTO %I0.2.3

6 PARADA MODO AUTOMÁTICO OFF_AUTO %I0.2.4

7 REGAR MODO MANUAL ZONA 1 ZONA_1 %I0.2.5















22 REGAR MODO MANUAL ZONA 16 ZONA_16 %I0.3.4 Fuente: Los Autores


100

VARIABLES DISCRETAS DE SALIDA

Tabla 11: Variables Discretas de Salida


1 MODO AUTOMATICO ACTIVO M_AUTO %Q0.4.0

2 MODO MANUAL ACTIVO M_MANUAL %Q0.4.1

3 LAMPARA MODO AUTOMATICO SELECCIONADO LAMP_AUTO %Q0.4.2

4 LAMPARA MODO MANUAL SELECCIONADO LAMP_MANUAL %Q0.4.3

5 VALVULA A VA %Q0.4.4

6 VALVULA B VB %Q0.4.5

7 VALVULA C VC %Q0.4.6

8 VALVULA 1 V1 %Q0.4.7

9 VALVULA 2 V2 %Q0.4.8

10 VALVULA 3 V3 %Q0.4.9

11 VALVULA 4 V4 %Q0.4.10

12 VALVULA 5 V5 %Q0.4.11

13 VALVULA 6 V6 %Q0.4.12

14 VALVULA 7 V7 %Q0.4.13

15 VALVULA 8 V8 %Q0.4.14

16 VALVULA 9 V9 %Q0.4.15

17 VALVULA 10 V10 %Q0.5.0

18 VALVULA 11 V11 %Q0.5.1

19 VALVULA 12 V12 %Q0.5.2

20 VALVULA 13 V13 %Q0.5.3

21 VALVULA 14 V14 %Q0.5.4

22 VALVULA 15 V15 %Q0.5.5

23 VALVULA 16 V16 %Q0.5.6

24 LAMPARA REGAR MODO MANUAL ZONA 1 LAMP_ZONA1 %Q0.5.7















39 LAMPARA REGAR MODO MANUAL ZONA 16 LAMP_ZONA16 %Q0.6.6 Fuente: Los Autores


101

VARIABLES DISCRETAS DE AUXILIARES

Tabla 12: Variables Discretas Auxiliares


1 CONTADOR 1 CONT_1 %M1
















17 ACTIVAR MANUALMENTE VALVULA A VMA %M17

18 ACTIVAR MANUALMENTE VALVULA B VMB %M18

19 ACTIVAR MANUALMENTE VALVULA C VMC %M19

20 ACTIVAR MANUALMENTE VALVULA 1 VM1 %M20















35 ACTIVAR MANUALMENTE VALVULA 16 VM16 %M35 Fuente: Los Autores


102

Configuración de los Módulos Ethernet 0110

Configuración del módulo Ethernet NOE 0110

Primero se debe crear un nuevo proyecto en el Software Unity Pro. Además, se deben

crear las Redes Ethernet para el CPU BMX P34 2020 y el Módulo de Comunicación BMX

NOE 0110.

Figura 83: Configuración del Módulo Ethernet NOE 0110

Fuente: Los Autores

Figura 84: Elementos y Variables (1)

Fuente: Los Autores


103


Fuente: Los Autores


Fuente: Los Autores


104


Fuente: Los Autores

Figura 88: Configuración de IP Ethernet 1

Fuente: Los Autores


105

Figura 89: Configuración de IP Ethernet 2

Fuente: Los Autores

SECUENCIA DE ACTIVACIÓN DE VÁLVULAS POR ZONA

Tabla 13: Secuencia de Activación de Válvulas

ZONA VA VB VC V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16

1 X X

2 X X

3 X X

4 X X

5 X X

6 X X

7 X X

8 X X

9 X X

10 X X

11 X X

12 X X

13 X X

14 X X

15 X X

16 X X Fuente: Los Autores


106

ENTRADA DE FRECUENCIA DEL VARIADOR DE ACUERDO A LA PRESIÓN

Tabla 14: Configuración de Comunicación del Variador ATV 32

ZONA PRESIÓN

(BAR) FRECUENCIA

(Hz)

1 6,00 60

2 5,56 56

3 2,84 28

4 4,13 41

5 5,13 51

6 5,42 54

7 5,67 57

8 5,90 59

9 6,00 60

10 5,60 56

11 5,78 58

12 6,00 60

13 5,31 53

14 4,89 49

15 5,48 55

16 4,95 49 Fuente: Los Autores


107

PROGRAMA DE CONTROL - DIAGRAMA DE ESCALERA

Figura 90: Diagrama escalera en Unity Pro


108


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118


119


120


121

Fuente: Los Autores

CONFIGURACIÓN DE LA RED MODBUS TCP/IP

La Red Modbus TCP/IP se configurará a través del software Unity Pro, además se utilizará

el servicio de exploración de E/S (I/O Scanning) para que el módulo de comunicación

Ethernet NOE pueda leer y escribir en los registros de control del variador de frecuencia

ATV 32.

La configuración de los variadores de frecuencia se realiza con el software SoMove, el cual

permite retornar a los valores de fábrica para que lo podamos configurar nuevamente y así

podamos establecer el tipo de comunicación que realizará el variador.

Una vez establecida la red de comunicación Modbus TCP/IP, se conectarán a un router

para poder controlarlas inalámbricamente o través de un cable Ethernet desde una PC con

el software Unity Pro.


122

Direcciones IP de cada Elemento de la Mini Planta

Para poder determinar las direcciones IP de cada uno de los dispositivos que forman la

mini planta, se utilizó el software Advanced IP Scanner el cual permite obtener las

direcciones IP de cualquier red Ethernet.

Figura 91: Determinar la dirección IP de la red Ethernet

Fuente: Los Autores

Configuración del Variador de Frecuencia ATV 32

La configuración de los variadores de frecuencia se puede hacer manualmente a través del

mismo variador o usando el software SoMove. En este caso se optó por usar el software

pero tomando como referencia la configuración manual que brinda el documento de

especificaciones del fabricante del ATV 32 (Schneider Electric).

Descripción de la Configuración

La configuración está hecha con el variador ATV32 y el PLC M340 con un módulo Ethernet

BMX NOE 1010. Los dispositivos se configuran con las siguientes direcciones IP (fijas) de

la siguiente manera:


123

Figura 92: Configuración de IP de ATV32, PLC M340 y BMX NOE 1010

Fuente: Catálogo Schneider

El ATV32 se controlará a través del escáner de comunicación opcional mediante el servicio

de exploración de E / S (I/O Scanning).

Los intercambios de información se basan en la comunicación interna del escáner VW3 A3

616 y no en el escáner interno del ATV32. El primero es accesible utilizando la unidad ID

255, mientras que el segundo es accesible con el ID de unidad 0.

Figura 93: Intercambio de Información del Variador ATV 32

Fuente: Los Autores


124

Configuración de la Tarjeta de Comunicación VW3 A3 616

La configuración de la tarjeta de comunicación se puede hacer directamente desde el

variador a través de su menú o mediante el software SoMove.

En la siguiente imagen se muestra la configuración de la tarjeta de comunicación a través

del menú del ATV32.

Figura 94: Configuración de Tarjeta de Comunicación del Variador ATV 32

Fuente: Catálogo Schneider

La configuración manual mostrada en la imagen anterior sirvió para poder ingresar los

datos al software SoMove.

En la imagen se puede observar que definimos Modbus TCP/IP como protocolo de

comunicación, además de especificar las direcciones IP del variador de frecuencia (IP

Card), de la máscara de sub red y del módulo de comunicación Ethernet (IP Master).

Los registros de escritura del variador de frecuencia ATV 32 son nombrados como OCAn,

donde “n” hace referencia a la posición de cada uno. A parte de utilizar los registros CMD

(Control Word), LFRD (Speed set point), se utilizará el registro LFR (Set point Frecuency)

para poder ingresar el valor de frecuencia.

Los registros de lectura del variador de frecuencia ATV 32 son nombrados como OMAn,

donde “n” hace referencia a la posición de cada uno. En este caso los registros que nos


125

interesan son el ETA (Status Word) y el RFRD (Output Velocity) ya que el registro ULN

solo nos muestra la tensión de trabajo del variador.

Configuración de los Comandos del ATV32

En el menú de comandos [Command] (CtL):

[Ref1 Channel] (Fr1): Modbus TCP

[Rv Inhibition] (rIn): default.

[Stop Key priority] (PSt): default.

[Profile] (CHCF): Define si las unidades funcionan en modo combinado (referencia y

comando desde el mismo canal).

Para este caso, [Profile] (CHCF) se ajustará a [Combined] (SIM) como referencia y el control

se originará desde la red de comunicación:

Configuración del ATV32 con el software SoMove

Al conectarse la variador con el software SoMove, se obtiene su configuración actual

(Corriente nominal, tensión nominal, potencia, y otras características).

Figura 95: Configuración del variador ATV 32

Fuente: Los Autores

En la siguiente imagen se muestran todos los parámetros del variador que pueden ser

configurados a través del software SoMove.


126

Figura 96: Parámetros del variador ATV 32 con SoMove

Fuente: Los Autores

En la siguiente imagen se muestra la configuración de los parámetros de control del

variador de frecuencia ATV 32.

Figura 97: Configuración de control del variador ATV 32

Fuente: Los Autores

En la siguiente imagen se muestra la configuración de los parámetros de comunicación del

variador de frecuencia ATV 32.


127

Figura 98: Parámetros de configuración de comunicación del variador ATV 32

Fuente: Los Autores


128

OFF OFF OFF

4.13 DISEÑO DEL TABLERO ELECTRÓNICO:

Figura 99: Tablero Electrónico de control

Fuente: Los Autores

OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON



OFF ON ON ON ON

MODO AUTOMATICO

ZONA 13 ZONA 14

MODO AUTOMATICO

ZONA 5 ZONA 6 ZONA 7

ZONA 15

ZONA 8

ZONA 10 ZONA 11 ZONA 12 ZONA 9 OFF

ON

MANUAL AUTOMATICO

ZONA 16

OFF

PARADA DE EMERGENCIA

MODO MANUAL

ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4


129

3.14 ELECCION DE EQUIPOS E INSTRUMENTOS

3.14.1 Accesorios a Utilizar para la Instalación de Tuberías:

Tabla 15: Cantidad de Codos y uniones T según el área

Terreno N° de codos N° de uniones (T)

Área 1, 2 y 3 2 2

Área 4 11 1

Área 5 1 1

Área 6, 7 y 8 0 5

Área 9 2 2

Área 10, 11 y 12 2 2

Área 13 0 2

Área 14, 15 y 16 2 2

TOTAL 20 17 Fuente: Los Autores

TUBO DE ¾ DE PULGADAS X 5 M

Lugar: Sodimac Precio: S/. 11 c/u Marca: Pavco

TUBO DE ½ DE PULGADA X 3 M

Lugar: Sodimac Precio: S/. 5 c/u Marca: Pavco

TUBO DE 1” DE PULGADAS X 3 M Lugar: Sodimac Precio: S/ 9.40 C/U Marca: Pavco

VÁLVULA SOLENOIDES “RAIN BIRD”

Figura 100: Válvula selenoide


Precio: S/. 76.45


130

CODO DE 3/4 PULGADAS

Figura 101: Codo de unión


Precio: S/. 3.20

UNION T DE ¾ DE PULGADAS

Figura 102: Unión T


Precio: S/. 15.50

REDUCTOR DE PRESION

Figura 103: Reductor de Presión


Precio: S/. 30.00


131

GAMA HUNTER SRM - 360º (VERDE OSCURO)

Radio: de 4,0 a 9,4 m Caudal: de 0,08 a 0,82 m3/h Intervalo de presión recomendado: de 1,7 a 3,8 bar; de 170 a 380 kPa Intervalo de presión de funcionamiento: de 1,4 a 7 bar; de 140 a 700 kPa Pluviometrías: 11 m/h aprox. Trayectoria tobera: 18 grados aprox.

Figura 104: Hunter SRM-360° (Verde Oscuro)

Fuente: Catálogo Hunter

Precio: S/. 23.00

GAMA HUNTER I-20 - 90º (LA-VERDE OSCURO)

Radio: de 4,9 a 14,0 m Caudal: de 0,07 a 3,23 m3/h de 1,2 a 53,8 l/min Intervalo de presión recomendado: de 1,7 a 4,5 bar; de 170 a 450 kPa Intervalo de presión de funcionamiento: de 1,4 a 7 bar; de 140 a 700 kPa Pluviometrías: 10 mm/h aprox. Trayectoria tobera: Est. = 25 grados, ángulo bajo = 13 grados Figura 105: Hunter I-20 - 90º (LA-Verde Oscuro)


Precio: S/. 42.00


132

GAMA HUNTER PGP ULTRA/I-20/PRB – 360° (SR-NEGRO) Radio: de 4,9 a 14,0 m Caudal: de 0,07 a 2,22 m3/h; de 1,2 a 36,0 l/min Presión de funcionamiento: de 1,7 a 4.5 bar; de 170 a 450 kPa Pluviometrías: 10 mm/h Aproximadamente Trayectoria de la boquilla: Est. = 25°, ángulo reducido = 13°

Figura 106: Hunter PGP Ultra/I-20/PRB – 360° (SR-Negro)


Precio: S/. 32.00

GAMA HUNTER PS ULTRA - 180º (10A-ROJO)

Caudal: de 0,16 a 0,28 m3/h Radio: de 2,6 a 3,5 m Intervalo de presión recomendado: de 1 a 3 bares; de 100 a 300 kPa

Figura 107: Hunter PS Ultra – 180° (10A – Rojo)


Precio: S/. 15.00


133

GAMA HUNTER PS ULTRA - 180º (12A-VERDE) Caudal: de 0,17 a 0,40 m3/h Radio: de 3,2 a 4,1 m Intervalo de presión recomendado: de 1 a 3 bares; de 100 a 300 kPa

Figura 108: Hunter PS Ultra – 180° (12A – Verde)


Precio: S/. 15.00

GAMA HUNTER PS ULTRA - 360º (10A-ROJO)

Caudal: de 0,32 a 0,57 m3/h Radio: de 2,6 a 3,5 m Intervalo de presión recomendado: de 1 a 3 bares; de 1 a 300 kPa

Figura 109: Hunter PS Ultra – 360° (10A – Rojo)


Precio: S/. 15.00

BOMBA 6 BARES

Figura 110: Electrobomba Centrifuga CM 100 1HP

Fuente: Catalogo Pentax

Precio: S/. 1500.00

3.14.2 Equipamiento del sistema automático


134

VARIADOR ALTIVAR 32

Figura 111: Variador Altivar 32

Fuente: Catálogo Schneider Electric

Precio: S/. 1299.09

CPU BMX P34 2020

Figura 112: BMX P34 2020


Precio: S/. 2434.30


135

Ethernet BMX NOE0110

Figura 113: BMXNOE0110


Precio: S/. 3083.99

BMX DAI 1602

Figura 114: BMXDAI 1602

Fuente: Catálogo Modicon PLC

Precio: S/. 620.75


136

BMX DRA 1605

Figura 115: BMXDRA 1605

Fuente: Catálogo Modicon PLC

Precio: S/. 720.86

BMX CPS 3500

Figura 116: BMXCPS 3500


Precio: S/. 2584.88


137

4.15 TABLA DE PRESUPUESTO TOTAL:

La mayoría de precios se han obtenido de tiendas como Sodimac Perú y Mercado Libre.

Tabla 16: Presupuesto Total

Fuente: Sodimac Perú – Mercado Libre

ACCESORIOS CANTIDAD PRECIO

CODO 20 S/. 64.00

UNION T 16 S/. 248.00

TUBO ¾ pulgadas 70 S/. 770.00

TUBO ½ pulgadas 20 S/. 100.00

TUBO 1 pulgadas 3 S/. 28.20

BOMBA 1 S/. 1 500.00

GAMA HUNTER PS ULTRA (VERDE) 5 S/. 75.00

GAMA HUNTER PS ULTRA (ROJO) 9 S/. 135.00

GAMA HUNTER SRM (VERDE OSCURO) 6 S/. 138.00

GAMA HUNTER PGP ULTRA/I-20 (VERDE) 4 S/. 168.00

GAMA HUNTER PGP ULTRA/I-20/PRB (NEGRO) 6 S/. 192.00

VÁLVULA SOLENOIDES “RAIN BIRD” SERIE DV

21 S/. 1 605.45

REDUCTORA DE PRESION 4 S/. 120.00

VARIADOR Altivar 32 1 S/. 1 299.09

CPU BMX P34 2020 1 S/. 2 434.30

Ethernet BMX NOE0110 1 S/. 3 083.99

BMX DAI 1602 2 S/. 1 241.50

BMX DRA 1605 3 S/. 2 162.58

BMX CPS 3500 1 S/. 2 584.88

TOTAL S/. 17 949.99

CAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

138

____________________________

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

____________________________

CAPÍTULO V


139

5.1 CONCLUSIONES

Con la implementación de un sistema de riego automatizado se logrará tener un

mejor control del riego, entregando así a las áreas verdes de nuestra facultad,

el riego necesario. Obteniendo así unos alrededores vegetativos en óptimas

condiciones.

La implementación de estas nuevas tecnologías obligará a disminuir costos en

el uso de mano de obra para el riego, por otro lado, obligando a realizar tareas

de mantenimiento del sistema cada cierto tiempo, convirtiéndose así en una

alternativa muy accesible.

Se suprimirá el uso de tubos cargados por los mismos jardineros al momento

del riego, sin exponer así al operador o encargado del manejo del sistema de

riego a sufrir algún accidente debido al sistema convencional de riego.

Los beneficios no son solo para nuestra facultad con un atractivo vistoso de la

vegetación, sino también para el estudio de un gran número de plantas para

otras facultades que se encargan de la investigación y estudio de las mismas.

5.2 RECOMENDACIONES

Establezca un método de programación

Muchos sistemas de irrigación no cuentan con un método de programación consistente,

por lo que quizá esté aplicando menos agua de la necesaria. En este caso, el rendimiento

del cultivo se verá reducido incluso antes de que se perciban síntomas en las plantas.

También es posible que esté sobre irrigando el cultivo, con lo cual se reduce su potencial

de afrontar estrés debido a la sequía, sobre todo en cultivos de alto valor. Una

programación de riego eficiente maximiza su retorno de inversión en semillas, fertilizantes,

terreno y otros agro-insumos.

Realice pruebas de uniformidad de riego

Una uniformidad deficiente (Coeficiente de Uniformidad de Christiansen inferior a 80%)

significa que una extensión considerable del terreno no está recibiendo la aplicación de

agua promedio. Como resultado, el agua aplicada podría ser excesiva en algunas zonas

(esto promueve filtración profunda y escorrentía) e insuficiente en otras. Además, una

uniformidad deficiente reduce la eficiencia en el uso de agua.

Los beneficios de una aplicación de agua más eficiente se traducen directamente en

rendimientos del cultivo más consistentes. Y al mejorar el manejo de agua y agroquímicos

puede mejorar también la calidad del agua y reducirse la ocurrencia de lixiviación,

escorrentía y derroche de nutrientes y agroquímicos.

Ajuste y calibre su sistema

Del mismo modo que un tractor o un automóvil deben ajustarse periódicamente, los

sistemas de irrigación deben ser calibrados para comprobar que operan según las


140

condiciones de diseño. Las modificaciones al sistema enfocadas a mejorar la uniformidad,

corregir presiones de operación o reparar fugas, podrían ahorrar agua.

Se recomienda realizar una auditoría de irrigación, es decir, un análisis completo de la

totalidad del sistema de riego. Esto es esencial para determinar las pautas más efectivas y

necesarias para reducir el consumo de agua. Caudal y presión, así como consumo de

combustible o energía, suelen formar parte de la auditoría del sistema. La instalación de

caudalímetros y medidores de presión puede ayudarle a determinar si su sistema está

operando según las especificaciones del fabricante.

Realice mantenimiento exhaustivo

Plantas de bombeo ineficientes, fugas en el sistema de distribución, problemas con la

presión y las boquillas, podrían rebajar la eficiencia de aplicación, derrochar dinero de

operación y causar problemas de uniformidad.

Un mantenimiento exhaustivo verifica que la presión reúna los requerimientos de diseño

y que las fugas y pérdidas de agua se mantengan al mínimo. Las mejoras más importantes

se basan en la reparación de fugas, juntas, y otros elementos. El ahorro de agua promedio

es del 5%.

140

____________________________

BIBLIOGRAFÍA

____________________________

BIBLIOGRAFIA

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[34] Los Sistemas por Goteo y Micro-Aspersión – Mario A. LIOTTA.

[35] Mangas Plásticas para Riego – Néstor Cabas M/ Edmundo Varas B.

[36] Riego por Aspersión – Junta de Andalucía.

[37] Hojas Técnicas P&R Argentina – Sebastián Beláustegui.

[38] Sistema de Riego – Sistema de Desagüe Pluvial – UAP.

[39] Instalar Sistemas de Riego en Terrazas y Balcones – Leroy Merlin.

[40] Programadores de Riego – Marco Antonio Bello U. y María Teresa Pino Q.

[41] Revista Digital INESEM.

[42] Riego en Cultivos: Fundamentos y Manejo – Rubén Moratiel Yugeros.

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ANEXOS

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