RIEGO POR GOTEO Libro Cap08automacion[1]
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CAPITULO VIII AUTOMATIZACION1, 2
Megh R. Goyal, Eladio A. González Fuentes, Guillermo Fornaris y José V. Pagán Crespo
1.0 Introducción ---------------------------------------------------------------------------------- 229 2.0 Principios de sistemas de control automático ------------------------------------------- 230
2.1 Método de agua del suelo ----------------------------------------------------------- 230 2.2 Método de agua en la planta --------------------------------------------------------- 231 2.3 Método de potencial de agua de la hoja -------------------------------------------- 232 2.4 Método de temperatura de área foliar de la planta ------------------------------- 233 2.5 Método del diámetro del tallo -------------------------------------------------------- 233 2.6 Modelos de evapotranspiración ------------------------------------------------------ 233
3.0 Instrumentación y equipos de cómputos -------------------------------------------------- 235 3.1 Controles ------------------------------------------------------------------------------- 237 3.2 Válvulas -------------------------------------------------------------------------------- 237 3.3 Método de flujo ---------------------------------------------------------------------- 237 3.4 Sensor ambiental --------------------------------------------------------------------- 246 3.5 Filtro ----------------------------------------------------------------------------------- 246 3.6 Inyector químico ---------------------------------------------------------------------- 246
4.0 Sistema automático -------------------------------------------------------------------------- 247 4.1 Sistema secuencial operado hidráulicamente ------------------------------------- 247 4.2 Sistema secuencial operado eléctricamente y operado hidráulicamente-eléctricamente ---------------------------------------------------- 249
2.2.1 Programado riego con computadora ------------------------------------- 249 2.2.2 Válvulas automáticas ------------------------------------------------------- 252 2.2.3 Controles --------------------------------------------------------------------- 254
4.3 Sistema secuencial operado eléctricamente -------------------------------------- 255 4.4 Sistema no secuencial --------------------------------------------------------------- 256 4.5 Uso de sensores para programar el riego ----------------------------------------- 257 4.6 Uso de bloques de yeso y tensiones ------------------------------------------------ 257 4.7 Uso de la sonda de neutrones ------------------------------------------------------- 258 4.8 Uso de tanque de evaporación como un sensor para riego automático ------- 260
5.0 Mantenimiento preventivo ----------------------------------------------------------------- 260 6.0 Identificación de falla ----------------------------------------------------------------------- 262 7.0 Bibliografía ---------------------------------------------------------------------------------- 264
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
______________________ 1 Este capítulo fue para el libro “Manejo de Riego Por Goteo”. Autor: Dr. Megh R.
Goyal, Profesor en Ingeniería Agrícola y Biomédica, Universidad de Puerto Rico – Recinto de Mayagüez, P.O. Box 5984, Mayagüez, Puerto Rico 00681-5984. Para más detalles puede comunicarse por correo electrónico: [email protected] o visitar la página de Internet: http://www.ece.uprm.edu/~m_goyal/home.htm
2 Esta publicación es propiedad pública. Ejemplares pueden reimprimirse con la debida
referencia al autor y el Servicio de Extensión Agrícola-Universidad de Puerto Rico, Mayagüez - Puerto Rico, EEUU.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
1.0 INTRODUCCION El riego es un método artificial de aplicar el agua esencial para el crecimiento de
las plantas que la naturaleza ha fallado en proveer. Típicamente el agua de riego aplica
para llenar a capacidad la zona de raíces cuando la mayor parte del “agua disponible” ha
sido utilizada. Existen varios métodos de riego capaces de operar frecuentemente, tales
como riego por aspersión como pivote central y movimiento lateral; microaspersores,
riego por goteo en la superficie o bajo el suelo. Estos mantienen el agua del suelo a
niveles adecuados para el crecimiento de las plantas. Entre estos sistemas el más eficiente
en el uso del agua es el riego por goteo. Sistemas de riego por goteo se han instalado
extensamente en regiones áridas y semiáridas del mundo, probando ser práctico como
método para aplicar agua suplementaria.
Cualquier interrupción o disturbio en un programa de riego crearía un estrés de
agua u oxígeno detrimental al cultivo. Por ello, el control del riego por goteo de alta
frecuencia ha sido automatizado de modo que sea capaz de responder a cambios pequeños
y rápidos en el agua del suelo, en el agua de la planta o en la evapotranspiración. Las
ventajas de automatizar el sistema de riego por goteo serían las siguientes: Economía del
agua, ahorro de mano de obra, aumento en la producción, conservación de energía y
control efectivo del riego.
Este capítulo presenta algunos conceptos básicos sobre automatización y
complejidad de los diferentes métodos para automatizar y programar sistemas de riego por
goteo.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
2.0 PRINCIPIOS DE SISTEMAS DE CONTROL AUTOMATICO
Actualmente existe tecnología disponible para programar el riego usando un
análisis real de factores tales como tiempo, etapa de crecimiento del cultivo, estrés de agua
deseado en la planta, aereación del suelo, potencial de agua y salinidad del suelo. Todavía
en la mayoría de los casos, el programar sistemas de riego por goteo se ha limitado a un
sistema de interruptor usando el tiempo o volumen de agua como la variable de control.
La computadora es meramente programada para poner en secuencia válvulas solenoide y
verificar razones de flujo y presión, viento, temperatura y otras variables indirectas. Se
puede lograr una razón mínima de costo-beneficio y la mayor eficiencia con altos
rendimientos en la cosecha. Los factores que contribuyen a que se use exceso de agua
(control de salinidad, requisito de infiltración, pérdida en el sistema de riego y escorrentía)
deben eliminarse o reducirse de modo que la aplicación precisa del riego se limiten sólo a
lo que necesita la cosecha. Existen cuatro métodos en los que se puede basar la
automatización de sistemas al programar el riego. Estos son: (1) Agua del suelo, (2) Agua
de la planta, (3) Estimadores de evapotranspiración y (4) Combinaciones de los anteriores.
2.1 Método de agua del suelo
Los riegos basados en el potencial del agua del suelo son quizás los más antiguos
usados para programar riego. Se han utilizado con éxito los tensiómetros, métodos
termales, bloques de yeso y termocopas psicrométricas. Microprocesadores unidos a
sensores pueden usarse para simplificar las aplicaciones del riego.
Los sensores pueden proveer información inmediata que ayuden a tomar decisiones
de aplicaciones de agua de riego. Los circuitos de un microprocesador pueden ser unidos a
una calculadora programable para así obtener estimados del tiempo permitido hasta el
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
próximo riego, en base a los datos de campo y a los parámetros que del sensor del
potencial matrical del suelo y usar éste para estimar el número de días hasta el próximo
riego.
Un método termal mide el potencial matrical del suelo independientemente de la
textura del suelo, temperatura o salinidad. Está basado en las frecuentes medidas de la
habilidad de un sensor poroso de cerámica para disipar una pequeña cantidad de calor
aplicada a éste. Con una buena calibración, el sensor puede usarse en cualquier suelo para
vigilar el potencial matrical del suelo y controlar el riego automáticamente.
Para riego automático con circuito cerrado, el sensor del suelo debe ser puesto en
medio de la zona de raíces. En esta localización la mayor parte de la zona radical estará
seca cuando baja el potencial del suelo.
Para vigilar el potencial matrical del suelo y controlar un sistema de riego
automáticamente se requiere equipo para: (1) Tomar muestras automáticamente de varios
sensores en secuencia, (2) Comparar la salida de cada sensor a la cual el riego comienza
con determinado potencial matrical del suelo y (3) Tener salidas de computadora capaces
de controlar el riego aplicado. Se han utilizado con éxito computadoras de mesa y
microprocesadores. Hay también equipo comercial disponible para medir el potencial
matrical del suelo y controlar sistemas de riego automáticamente.
2.2. Método de agua en la planta
El agua es frecuentemente uno de los factores más limitantes en la producción de
cosechas. La mayor parte del agua tomada por la planta es perdida por transpiración en
respuesta a la demanda evaporativa de la atmósfera. Menos del uno por ciento del agua
absorbida es actualmente retenida por la planta. Esta pequeña fracción de agua es muchas
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
veces usada para reponer el déficit entre el agua a utilizar y la transpiración. Así cualquier
deficiencia de agua causa un déficit en el agua de la planta. El potencial total del agua de
la hoja (la suma del potencial de turgor, mátrico y osmótico) se usa para indicar la
condición de agua de la planta.
La mayor parte de los procesos de crecimiento de la planta sufren por déficit de
agua en la planta. El agrandamiento celular (crecimiento), la fotosíntesis, la polinización y
la fructificación son afectados por niveles de agua bajos hasta el punto que los
rendimientos pueden reducirse. Probablemente el crecimiento celular sea el proceso de la
planta más sensitivo al déficit de agua.
Hay varios métodos disponibles para estimar la condición de agua en la planta.
Estos incluyen la determinación del contenido relativo de agua, conducta difusiva de la
planta, potencial de agua de la planta y temperatura. El potencial de agua de la planta
obtenido de medidas directas o indirectas es probablemente el mejor indicador del estrés de
agua. El control de respuesta automática de sistemas de riego por goteo puede ser
mejorado midiendo el potencial de agua total de la hoja utilizando un psicrómetro de hoja,
midiendo la temperatura del área foliar de la planta usando termómetro infrarrojo o el
potencial de agua de la hoja indirectamente basado en la medida del diámetro del tallo.
2.3 Método del potencial de agua de la hoja
Medidas directas del potencial de agua de la hoja pueden tomarse por medio de
adherir psicrómetros de termocopas a las hojas. Aunque las medidas psicrométricas se
hacen rutinariamente en situaciones de investigación, la instrumentación la cual necesita
calibración y mantenimiento para alcanzar la precisión requerida es costosa y
comercialmente no viable para programar riego.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
2.4 Método de temperatura del área foliar de la planta
Se utilizan medidas de temperatura del follaje dentro del concepto de índice de
estrés de agua de la planta para estimar el estrés de agua del cultivo. Aunque el índice de
estrés de la planta no se ha usado para programar el riego automáticamente, éste sirve para
determinar si es necesario ajustar el programa de riego. El sistema operativo puede
desarrollarse fácilmente para tomar los datos, calcular el índice de estrés de agua del
cultivo, hacer comparaciones con valores determinados para regar y tomar decisiones de
riego.
Para medir la temperatura del área foliar de un cultivo, se ha utilizado un
termómetro infrarrojo de no contacto (TI). La precisión del TI en medir la temperatura de
la superficie del área foliar del cultivo depende del cuidado en la calibración. Las medidas
son sensitivas a cambios en la temperatura del ambiente y a interacciones de superficies
circundantes, particularmente del suelo, cuando el área foliar del cultivo es pequeña.
2.5 Método del diámetro del tallo
El diámetro del tallo y el potencial de agua de la hoja están estrechamente
relacionados uno con otro. Las medidas del diámetro del tallo pueden usarse para ver el
continuo crecimiento del tallo y la condición de agua de la planta.
La técnica puede usarse para controlar sistemas automáticos de riego por goteo. La
calibración periódica de los cambios de diámetro de tallo versus el potencial de agua de la
hoja pudiera obtenerse al menos para cada estado fenológico de las plantas.
2.6 Modelos de evapotranspiración
Los modelos para programar el riego basado en la evapotranspiración se han usado
abundantemente en los Estados Unidos y en el mundo entero. La información de la
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
evapotranspiración esencial (Etc.) requerida para estos modelos y el criterio de la decisión
para regar incluyen:
1. Evapotranspiración de referencia estimada climatológicamente (ETr). 2. Índice para relacionar el uso de agua de la cosecha (esperado) con Kc. (Curva
de coeficiente de la cosecha). 3. Índice para estimar la evaporación adicional del agua del suelo cuando la
superficie del suelo está húmeda, Esuelo. 4. Índice para estimar el efecto de la pérdida de agua del suelo en la actual razón
de ET. 5. Estimación de las cantidades de agua extraíbles del suelo por cultivo
específicos, CU. 6. Relación entre rendimiento esperado de la cosecha y uso de agua por la
cosecha.
Muchas de las variables necesarias para operar el modelo no están bien definidas y
necesitan estimarse. Aunque el modelo puede ser útil para predecir requisitos de riego
precisos para baja frecuencia, al presente no es viable para programar riego de alta
frecuencia puesto que los datos disponibles son limitados.
2.7 Media directa de evapotranspiración esencial (Etc)
La Etc puede usarse para programar automáticamente. Un lisímetro de cultivo
modificado sirve para generar un control de riego para un cultivo creciendo alrededor de
éste. Un tanque de agua se une al lisímetro de modo que el peso del agua de riego sea
incluido diariamente en el peso del lisímetro. Cada vez que se registra un milímetro de Etc,
el lisímetro es automáticamente regado por un sistema de riego por goteo bajo la superficie
(45 cm. de la superficie del suelo) para mantener el potencial de agua del suelo alto sin
afectar el peso del lisímetro. Es automáticamente rellenado diariamente a la medianoche a
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
un nivel constante en el tanque. Por lo tanto, el cambio acumulado diariamente en el paso
del lisímetro (Figura 1) representa el crecimiento del cultivo y el peso total. El potencial
de agua del suelo se mantiene casi constante por el riego de alta frecuencia.
3.0 INSTRUMENTACION Y EQUIPOS DE CÓMPUTO
La automatización de un sistema de riego por goteo a presión puede potencialmente
proveer un rendimiento óptimo en el cultivo y óptimo uso del agua agrícola. Un sistema
de control de riego automatizado debe usar sensores de retroalimentación para ver, en base
real, funciones importantes tales como: cantidad de agua, razón de flujo, presión de agua y
condiciones ambientales tales como velocidad del viento, temperatura del aire, humedad
del suelo, radiación solar, lluvia, temperatura del follaje del cultivo, etc. La continua
vigilancia y el control del funcionamiento del sistema con medidores del flujo,
transducidores de presión, válvulas solenoides y reguladores de presión en puntos
estratégicos harán posible que la operación de riego alcance su máxima eficiencia. Los
datos o control de funciones pueden transmitirse por cables eléctricos, láser o mecanismos
de infrarrojo.
El interés en la automatización de los sistemas de riego por goteo ha resultado en
un aumento en la investigación y desarrollo en el campo de la instrumentación y equipo de
cómputos necesarios para completar la tarea. Una gran variedad de instrumentación y
equipo de cómputos con variadas características están disponibles comercialmente. Estos
pueden subdividirse en seis categorías: (1) Controles, (2) Válvula, (3) Metro de flujo, (4)
Filtro, (5) Inyector de químicos y (6) Sensor ambiental.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 1. Gráfica del flujo lógico para medir peso con sensores lisímetros y controlar la secuencia de riego para regar un cultivo con tres niveles de riego.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
3.1.1 Controles
Los controles reciben retroalimentación (alimentación) acerca del volumen de agua
por campo, línea de presión, razón de flujo, data climatológica, humedad del suelo, estrés
de agua de la planta, etc., de sensores en el campo. Esta información se compara luego con
los límites deseados y el ciclo de riego se modifica de acuerdo a éste. Los controles
pueden ser automáticos o puestos mediante comandos manuales para operar válvulas de
agua, amplificadores, inyectores para fertilizantes o para tragar aguas, limpieza de filtros,
etc., de acuerdo al ciclo de modificado.
3.2 Válvulas
Las válvulas automáticas (Figuras 2 a 8) se activan eléctricamente, hidráulicamente
o neumáticamente y se usan para liberar o detener al agua, lavar filtros principales y
laterales, continuar el agua de un campo a otro y regular flujo o presión en líneas
principales, secundarias o laterales. Las diferencias en las válvulas dependen de su
función. Las salidas del control ordenan la operación de la válvula y reciben
retroalimentación (información) para verificar la operación correcta (Figura 9).
3.3 Metro de flujo
El equipo para medir flujo (Figura 9) permite al programa determinar la razón y
volumen de agua aplicada y las recomendaciones que fueron seguidas. Los dos metros de
flujo mayormente usados para vigilar el flujo en las tuberías de riego son los tipos
propulsor y de turbina. Usualmente las salidas de estos metros son digitales y calibradas
para medir volumen de agua aplicada o medir el volumen por unidad de tiempo (metros de
la razón de flujo).
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 2. Válvula hidráulica.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 3. Válvula métrica automática con una válvula hidráulica.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 4. Control automático tipo Rain Bird.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 5. Programador de riego y fertilización para seis válvulas diferentes (para invernadero o campo abierto).
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 6. Control automático de “Nirim Electronics” para riego en secuencia usando un contador digital.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 7. Controlador automático de “Nirim Electronics”, usando un programador de cinta perforadora.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 8. Gráfica de flujo que muestra un sistema lógico para un controlador de riego automático.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 9. Válvula métrica automática.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
3.4 Sensor ambiental
Varios tipos de instrumentos para determinar la humedad del suelo (tensiómetro,
bloque de yeso, sensor disipador de calor, psicrómetro de suelo), instrumentos
climatológicos (estación climatológica, tanque de evaporación automatizado, etc.), estrés
de agua de la planta o temperatura del follaje del cultivo (psicrómetro de hoja, porómetro
de difusión estomacal, termómetro infrarrojo y sensor del diámetro del tallo) están
disponibles y pueden ser usados en el modo de retroalimentación para el manejo del riego.
Sensores de la humedad del suelo se usan comúnmente para anular el sistema de controles.
Si el suelo en una estación en particular esta mojado el sensor abre el circuito de la válvula
y la estación es desviada.
3.5 Filtro (Véase capítulo VII)
La obstrucción en los goteros causada por contaminantes física, química o
biológica es universal y a un tiempo es considerado el problema más grande en el
mantenimiento de sistemas de riego. Los materiales suspendidos eventualmente quedan en
los filtros y disminuyen la eficiencia. El lavado automático, esta disponible para filtros de
arena o de malla. La limpieza se logra mediante el retroflujo de agua, la cual va a moverse
a través del filtro en dirección contraria. Esto dependerá del filtro y los sedimentos
acumulados.
3.6 Inyector de químicos (Véase capítulo X)
Los métodos usados en la inyección de fertilizantes, plaguicidas y otros químicos
dentro de las líneas son: (1) Diferencia de presión, (2) Venturi (Vacío) y (3) Bombas de
desplazamiento positivo. En todos los casos metro de flujos digitales pueden ser usados en
el modo de retroalimentación para la inyección de químicos proporcionalmente a la razón
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
del flujo de agua para mantener una concentración constante de reactivos en el agua del
riego.
4.0 SISTEMA AUTOMATICO
A excepción de la válvula métrica que opera de acuerdo al tiempo o cantidad de
agua descargada, los sistemas de riego automático pueden ser divididos en tres grupos en
base a su modo de operación: (1) Sistema secuencial operado hidráulicamente, (2) Sistema
secuencial operado eléctricamente “operado hidro-eléctricamente” y (3) Sistema no
secuencial operado eléctricamente con o sin programación, con la posibilidad de utilizar
información del campo (retroalimentación) por control remoto.
4.1 Sistema secuencial operado hidráulicamente
Este sistema controla las válvulas en forma secuencial (Figura 10). Las válvulas
abren y cierran en respuesta a la aplicación o eliminación de presión de agua. La presión
llega a la válvula por medio de un tubo hidráulico flexible y fino hecho de plástico, que
provee la presión requerida. El diámetro del tubo es generalmente entre 6-12 mm. Un
extremo esta conectado a la válvula hidráulica y el otro extremo al control automático o a
la línea de agua.
Algunos sistemas hidráulicos pueden conectarse a la válvula principal de la línea o
al sistema que suple el agua. En este caso, la válvula principal se conecta automáticamente
abriendo cuando el sistema en serie está en operación y cerrando al final del riego. Otro
tipo de sistema, por medio de conexiones eléctricas, activa la bomba y la desactiva cuando
el riego termina.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
a. Flujo normal. b. Flujo inverso.
Figura 10. Lavado de filtro automático por flujo inverso.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
El sistema secuencial operado hidráulicamente se controla por una cantidad de agua
predeterminada. La cantidad de agua puede ser diferente para cada válvula y puede
ajustarse por un regulador montado en la misma válvula.
El sistema secuencial hidráulico puede ser utilizado para regar invernaderos,
jardines, viveros, huertos frutales estableciendo razones de descarga bajas a través de tubos
de diámetro pequeño y para razones de descarga en cualquier diámetro de tubo. El sistema
incluye válvula métrica automática, válvula hidráulica y manga hidráulica.
4.2 Sistema secuencial operado eléctricamente u operado hidro-eléctricamente
Estos sistemas suplen una corriente eléctrica a través de cables para el control
remoto de las válvulas (Figura 11). La corriente desde el panel de control a las válvulas,
usualmente pasa a través de un transformador de tipo “step down” para suplir una corriente
alterna de 24V. Para seguridad, no debe ser usada una corriente de 220V en cables bajo
tierra que conducen a las válvulas. Las válvulas solenoides regulares son usadas
principalmente para descargas a razones bajas. Para tubos de diámetro mayor, las válvulas
solenoides sirven solo como controles para activar las válvulas hidráulicas y el total de la
operación es hidroeléctrica. El control de la segunda válvula siempre es hidráulico.
En el sistema secuencial hidráulico la apertura es controlada eléctricamente por un
reloj de tiempo montado al lado de la válvula principal. En tales casos, la fuente de
corriente es directa y no alterna.
4.2.1 Programando riego con computadora
Las computadoras pueden usarse para programar el riego en el modo de control o
en el modo predictivo (Figura 12). Para calcular el uso de agua del cultivo en el modo
predictivo la computadora, se usa: El estado de humedad del suelo, razones de ET
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 11. Sistema hidráulico secuencial para el riego de invernaderos, jardines, viveros y huertos.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 12. Electrotensiómetro y válvula solenoide.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
evapotranspiración, determinar la fecha del próximo riego y la cantidad aproximada a
regar. Los modelos para programar riego pueden hacer calculaciones sencillas de
evapotranspiración, presupuestos complejos de agua en varias dimensiones o modelos
uniformes de crecimiento de cultivos. Los modelos (ver capítulo III) usan varios tipos de
información de los cultivos (Coeficiente del cultivo, profundidad de la zona de raíces,
agotamiento permitido, razones de drenaje, etc.) e información climatológica (temperatura,
radiación, precipitación, constantes usadas en ecuaciones de evapotranspiración, etc.).
El modelo luego incorpora la información climatológica para calcular las razones
de evapotranspiración y ajustar el balance de agua del suelo según se aprovecha el agua.
El modelo de eavapotranspiración requiere que el regador tenga un criterio basado en el
agotamiento permitido o en el intervalo de riego deseado. Se puede usar información
actual de campo normalmente tomada después del evento de riego para ayudar a computar
la infiltración y drenaje inmediato para poner al día o corregir el agua del suelo estimada.
La razón de ET computada puede usarse para indicar la cantidad de riego necesaria o para
especificar el tiempo para cierto intervalo de riego. Este método tiene aplicación más
práctica para el método de riego por goteo que para otro método de riego.
El programar el riego con computadora constituye una manera conveniente de
mantener archivos y notas de campo precisos en adición al poder actual de computar.
4.2.2 Válvulas automáticas
Las válvulas automáticas se encuentran típicamente el las estaciones de bomba y
filtro para regular la presión en la línea principal, controlar los ciclos de lavado en los
filtros o controlar el flujo a través de los ramales de las líneas principales.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Las válvulas solenoide pueden encontrarse en las líneas secundarias o laterales para
controlar el flujo de agua a bloques individuales. Su función primaria es en cuanto al
servicio de encendido y apagado; sin embargo, pueden estar equipadas con regulador de
presión y prevención de flujo inverso. Estas son operadas eléctricamente desde el control
central. Es posible mejorar las funciones de muchas válvulas de control automático con
válvulas manuales equipadas con operadores de control remoto.
Las válvulas automáticas requieren mantenimiento periódico para asegurar una
operación satisfactoria. Los programas de mantenimiento dependen del uso de la válvula y
de la limpieza del agua. Por lo menos, se recomienda que todas las válvulas con diafragma
sean desarmadas, limpiadas por lo menos una vez al año. Es de particular importancia
limpiar los depósitos de la varilla de la válvula. Casi todos los fabricantes proveen un
servicio o reemplazo rápido de la mayoría de los componentes. Esto puede hacerse
usualmente sin remover la válvula de la línea.
A las válvulas de diafragma puede adaptarse un número de controles auxiliares para
proveer flexibilidad y conveniencia:
4.2.2.1 Control para reducir la presión
Esta es una válvula pequeña que responde a cambios en la presión en la salida de la
válvula principal y ajusta la presión en el bonete o cubierta de la válvula para compensar
por cualquier cambio. Una falla en la operación puede resultar por contaminación,
obstrucciones, ensamblaje incorrecto o partes dañadas o gastadas.
4.2.2.2 Válvulas reguladoras de presión
Estas son válvulas pequeñas en el control piloto del sistema, las cuales se usan
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
para separar el sistema de la presión de la línea principal. Deben estar abiertas durante la
operación normal.
4.2.2.3 Controles para ajustar la velocidad de la válvula principal
Estos son pequeños controles ajustables en el sistema de control piloto, los cuales
regulan la velocidad de la apertura y cierre de la válvula principal estrangulando el flujo
que entra o sale de la cubierta. Pueden estar sujetos a obstrucciones por sedimentos finos
si están ajustados muy firme.
4.2.3 Controles
Se utilizan varios controles electromecánicos y electrónicos con los sistemas de
riego por goteo automatizados. Los controles con relojes mecánicos abren y cierran una
sola válvula a un tiempo. Estos son programados para interrogar una serie de sensores de
suelo o climatológicos; decidir cuando empezar y terminar el riego; encender y apagar
bombas y abrir y cerrar válvulas para cumplir el riego; y recordar qué cantidad de agua y
fertilizante fueron aplicados a cada bloque dentro del campo. Muchos controles están
disponibles también para diagnosticar mal funcionamiento en el sistema y tomar acción
correctiva. Otros apagan el sistema durante la lluvia y reencienden el sistema cuando es
necesario.
Un tipo de control de tiempo usa reloj como medio para programar el inicio y
secuencia del riego. El control suple la fuerza eléctrica o hidráulica para activar por
control remoto válvulas de encendido y apagado localizadas estratégicamente a través de la
tubería. De una a 30 o más válvulas pueden ser controladas por un control.
La comunicación entre el control y las válvulas es mediante conductos de alambres,
hidráulicos o neumáticos o por ondas de radio.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Los microprocesadores y microcomputadoras, basados en controles, también
pueden programarse usando datos de tensiómetros, tanques de evaporación, termocopas,
mediadores de humedad, anemómetro, mediadores de flujo, transductores de presión, etc.
Estos controles reciben los sensores de suelo o climatológicos de acuerdo al programa
especificado por el regador. El control usa un programa para computar lo necesario para
regar varios cultivos y bloques dentro de un campo usando estos datos. Este luego opera
las bombas, filtros, equipo de inyección y las válvulas necesarias para cumplir con el riego.
Los datos de los mediadores de flujo y sensores de presión se usan para determinar
necesidades tales como lavado y para detectar mal funcionamiento del sistema.
En la mayoría de los casos, los controles están diseñados con un programador de
calendario, de manera que el ciclo de riego comience automáticamente en los días de la
semana que se desee. La mayoría de los controles tienen un programa de catorce (14) días,
mientras otros sólo se limitan a siete (7) días.
Prácticamente todos los controles automáticos tienen un selector de estación
incorporado sobre la superficie del panel. Este selector de estación, en forma de botón, nos
da una referencia visual que muestra qué estación está operando durante un ciclo de riego
automático. Además, sirve como selector manual que se cambia manualmente a la
estación deseada cuando el control es ajustado para operaciones manuales.
4.2.4 Sistema secuencial operado eléctricamente
En estos sistemas la cantidad de agua distribuida a los diferentes predios se
determina por un contador de agua que abre y cierra las diferentes unidades. Un reloj de
tiempo determina el tiempo de operación, catorce (14) días, veinticuatro (24) horas por día.
Se activa por medio de tensiómetros o tanque de evaporación. Este tipo de sistema fue
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
desarrollado mayormente para regar jardines domésticos, pero en principio puede ser usado
para cualquier tipo de riego permanente.
4.4 Sistema no-secuencial
Estos sistemas son completamente automáticos y controlados eléctricamente. Estos
sistemas no-secuenciales controlan válvulas hidráulicas o eléctricas que operan
independientemente una de otra en términos de la cantidad de agua a ser aplicada o la
frecuencia de riego. Cada unidad puede descargar una cantidad de agua diferente y puede
abrir en diferentes momentos en respuesta a un programa determinado o al contenido de
agua en el suelo.
El panel de control contiene circuitos eléctricos que operan la bomba o válvula
principal, añade fertilizante de acuerdo a un itinerario preestablecido y mide la humedad
del suelo para conocer los requisitos de riego del cultivo.
Tales sistemas son usualmente por control remoto y están diseñados para
proporcionar retroalimentación de los datos recibidos del campo, de manera que la
regulación automática pueda ser controlada y se puedan hacer ajustes para cambios en
presión y razón de descarga en las líneas distribuidoras.
4.4.1 Panel central
El panel central permite el control completo de todas las operaciones del campo,
enviando instrucciones a las válvulas y obteniendo información continua sobre el
funcionamiento del sistema de riego. Consiste de una unidad de riego programada, una
unidad para transmisión de información, una unidad para el control de laterales de riego y
una unidad de advertencia.
256
Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
4.4.2 Panel de campo
El panel de campo es colocado centralmente y operado por control
remoto. Las señales del panel principal se envían por un canal de comunicación individual
y éstas se transmiten a puntos de control individual en el campo, además, de recoger
información de los contadores de agua y los transmite al panel principal.
4.5 Uso de sensores para programar el riego
Además de los instrumentos antes mencionados, hay otro disponible para
determinar el contenido de humedad o la tensión de humedad del suelo. Dos instrumentos
que poseen una amplia aplicación comercial son los tensiómetros y los bloques de yeso por
su sencilla forma de operación y su bajo costo. Un tercero basado es la dispersión de
neutrones y conocido como sonda de neutrones. Es el más preciso, pero como es bastante
costoso se usa principalmente en la investigación.
4.6 Uso de bloques de yeso y tensiómetros (Ver Capítulo V)
Los bloques de yeso son capaces de medir la tensión de la humedad del suelo entre
1-15 atm. Hay dos electrodos dentro del bloque y los cambios en la humedad del suelo se
miden a base de variaciones en la resistencia a una corriente eléctrica generada por una
batería externa. La precisión de este método es reducida debido a la temperatura,
concentración de sales en la solución del suelo, características físicas del yeso usado para
fabricar el bloque y la fuga de corriente eléctrica hacia el suelo.
A bajas tensiones se prefiere el uso de tensiómetros en vez de uso de bloques de
yeso que son ineficaces a tensiones menores de una atm. El tensiómetro (Figuras 13 a 15)
es el único instrumento que mide la tensión y la lectura es dada directamente en unidades
de energía. Por lo tanto, este instrumento registra las medidas de humedad en el suelo en
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
una unidad, ya que la tensión de humedad a capacidad de campo es la misma para todos los
tipos de suelos, al igual lo es el punto de marchitéz, aunque los por cientos de humedad
sean diferentes. La principal desventaja del tensiómetro es la tensión crítica relativamente
baja la cual el aire penetra a la copa de cerámica.
Las determinaciones de humedad del suelo hechas por cualquier método van a
mostrar la variabilidad de contenido de humedad dentro de un mismo campo. Una muestra
del suelo en una localización dada representa solamente la condición en ese punto en
particular y una determinación del contenido de humedad promedio para el campo necesita
un número mayor de medidas.
4.7 Uso de la sonda de neutrones
La sonda de neutrones consiste de una fuente radioactiva de neutrones de alta
energía y un detector de neutrones de energía termal. Los neutrotes rápidos pasan a través
de la materia, perdiendo energía, y van reduciendo su velocidad según van chocando con
los núcleos de elementos en la materia presente en el suelo. El hidrógeno, un componente
del agua, va a ser dominante en la reducción de la velocidad de los neutrones rápidos, ya
que por las características de su núcleo pueden cambiar los neutrones rápidos a neutrones
lentos en una forma más rápida que otros elementos.
Debido a otros factores en el núcleo que pueden afectar la lectura, la calibración se
debe hacer en el predio donde se va a usar el equipo y sabiendo el contenido de agua en el
suelo al momento de la calibración.
El uso de la sonda de neutrón requiere la instalación de tubos de acceso a principios
de la temporada de siembra que se remueven al finalizar la cosecha.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Figura 15. Unidad automática de control de riego a usarse con un bloque de yeso como sensor.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Periódicamente el operador obtendrá las lecturas del tubo a la profundidad deseada
y se recomienda colocar un sensor a cada 30 centímetro de profundidad dentro del tubo.
Se tomará un mínimo de tres lecturas, una en la parte alta de las raíces, otra en el medio y
una en la baja. Se sumará el contenido de agua de estas lecturas y se restará a la capacidad
de campo, la diferencia entre éstas será la cantidad de agua a regar.
Las lecturas son automáticamente grabadas y almacenadas en la memoria de la
sonda de neutrones. Luego éstas se trasladan a la computadora del panel de control. Con
esta información la computadora dará los mandos necesarios al sistema de riego por goteo,
de manera tal que se cubran los requisitos de agua en los campos.
4.8 Uso de tanque de evaporación como un sensor para riego automático
La relación de evaporación en el tanque y la pérdida de agua de las hortalizas,
cuando ambos están expuestos a condiciones climatológicas similares en el mismo campo,
han sido bien establecidas. Esta correlación puede utilizarse para establecer un itinerario
de riego. Si se instalan electrodos en el tanque a alturas adecuadas (basadas en experiencia
previa), los riegos pueden controlarse automáticamente. El riego comenzará cuando la
superficie del agua en el tanque baje a un nivel predeterminado y terminará cuando el nivel
suba a cierta altura.
5.0 MANTENIMIENTO PREVENTIVO
5.1 Preparación para la temporada de descanso
1. Limpie el control y sensores.
2. Examine la condición del panel del control y sellos.
3. Remueva y guarde las baterías.
4. Lave y drene los conductos de control hidráulico.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
5. Desconecte los alambres de campo.
6. Examine posibles desgastes o roturas en conductores eléctricos.
5.2.1 Preparación para la temporada de riego
1. Esté seguro que todas las conexiones eléctricas están limpias y ajustadas.
2. Asegúrese que los contactos eléctricos están libres de corrosión y sucio.
3. Inspeccione todos los conductos hidráulicos y neumáticos por si gotean.
4. Verifique que todo el equipo, accesorio y sensores operan propiamente.
5.2.2 Durante la temporada de riego
1. Visualmente examine todos los componentes externos semanalmente.
2. Desconecte los alambres del campo durante tormentas eléctricas.
3. Desconecte las baterías cuando el control esté fuera de servicio por una semana o más.
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
6.0 IDENTIFICACION DE FALLAS
Falla Causa Remedio
Controles
El reloj del panel de control está fuera de calibración pre-establecida para el horario del ciclo.
Calibrar reloj al tiempo deseado. 1. El ciclo de riego no
funciona en el tiempo pre-establecido.
Estación de control de tiempo está apagada.
Coloque control en posición de encendido.
Falla en conexión de cables en las válvulas.
Coteje conexiones entre válvulas y calibrador.
2. Algunas estaciones no
operan.
Tubo hidráulico. Reemplácelo. Batería agotada.
Recargar batería.
3. Señal de precaución
encendida. Programa de emergencia en función debido a mal funcionamiento del sistema.
Localizar la fuente del problema en el sistema y corregirla.
Filtro 4. Pobre filtración
Alta diferencia en presión fuerza la entrada de contaminantes a través del filtro.
Lavado de flujo inverso más frecuente
Medio de filtro bajo nivel causando un lavado inadecuado.
Añadir medio al filtro hasta que alcance el nivel requerido
5. Alta diferencia en la presión en la entrada y salida del filtro.
Obstrucción en válvula Sacar obstrucción
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
Falla Causa Remedio Lavado no adecuado.
Aumentar flujo y/o tiempo de lavado.
6. Aumento en la frecuencia del lavado.
Fuente de agua con mucho contaminante y partículas.
Usar filtros adicionales
7. Válvulas no responden a órdenes del control.
Tubo hidráulico o cable eléctrico roto.
Arreglar o reemplazar conexión.
Rotura de la línea. Reparar línea. 8. Flujo de agua a pesar de orden de detente.
Estación no opera. Revisar estación.
Filtro bloqueado.
Limpieza al filtro
9. Razón de flujo anormal.
Línea rota Reparar línea
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Manejo de Riego Por Goteo Capitulo VIII: Automatización
7.0 BIBLIOGRAFIA
1. Anonymous. 1983. Computerized Irrigation Control System Handout. Motorola Inc. Agro-Control Department, Fresno - CA, 93710.
2. Anonymous. Instruction manual for installation and operation of “Free Flow”
media filters. Water Management Products Division. P.O. Box 352 Corona, Ca. 91720.
3. Anonymous. Instruction manual – Irrigation Controler Model AG-7, Rain Bird,
CA.
4. Anónimo. 1983. Insumos israelíes de riego. Agricultura de las Américas. Febrero 1983, 6-17 pp.
5. Anonymous. 1983. Irrigation Water Management Using the Neutron Probe.
Corp., Buchanan Circle, Pacheco – CA, 94553.
6. Anónimo. 1982. La Automatización en el riego. Irrinews. ISSN 304-3606. No. 25, 12-13 pp.
7. Bauder, J.W., L.D. King and G.L. Westesen, 1982. Scheduling Irrigation with
Evaporation Pans. Coop. Ext. Ser., Montana State Univ., Bozeman, Bull. 1262, Form Circ. 1211, 23 pp.
8. Goldberg, D., B. Gornat and D. Rimon, 1976. Drip Irrigation: Principles,
Designing and Agriculture Practices. Drip Irrigation Scientific Publications, pages 236-250.
9. Howell, T.A., J.L. Hatfield, H. Yamada and K.R. Davis, 1984. Evaluation of
cotton canopy temperature to detect crop water stress. Trans. ASAE, 27 (1): 84-88.
10. Jackson, R.D., 1982. Canopy temperature and crop water stress. In: Hillel, D.I.
(Ed) Advances in Irrigation, Volume I: 43-85, Academic Press, New York.
11. Nakayama, F.S. and D.A. Bucks, 1986. Trickle Irrigation for Crop Production Designing, Operation and Management. Elsevier Science Publishers B.V. Amsterdam - The Netherlands. Pages 188-210, 308 and 311.
12. Phene, C.J. and T.A. Howell, 1984. Soil sensor control of high frequency
irrigation. Trans. ASAE 27 (2): 386-391, 396.
264